JP4304580B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータおよび第２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、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、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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
このような、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、舵取り車輪に結合された転舵軸に駆動力を与えるための第１および第２の電動モータを備え、個々の電動モータの小型化を図ったり、一方の電動モータに故障が生じたときでも他方の電動モータの駆動力によって舵取り機構の駆動を可能としたりすることが提案されている（たとえば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２１８０００号公報
【特許文献２】
特開平６−２０６５５８号公報
【特許文献３】
特開２００３−２２２３号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２６３５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常時において第１および第２の電動モータを駆動し、両方の電動モータからの駆動力を転舵軸に与えて操舵を達成する構成の場合、一方の電動モータが故障して停止状態に至ると、他方の正常な電動モータのみで転舵軸が駆動されることになり、この正常な電動モータに対する負荷が大きくなる。
このとき、電動モータやこの電動モータを駆動するためのパワー素子に大きな電流が流れることになるから、電動モータおよびパワー素子の定格に対する余裕が少ない設計の場合、電動モータやパワー素子が破損に至るおそれがある。
【０００７】
一方、電動モータおよびパワー素子の定格に対する余裕の大きな設計である場合には、一方の電動モータが故障したときには、むしろ、定格の範囲内で駆動電流を増大させることにより、転舵軸に対する十分な駆動力を確保し、良好な操舵フィーリングを維持することが好ましい。
そこで、この発明の第１の目的は、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータのいずれかの動作に支障を来す故障が生じたときに、正常なアクチュエータやその駆動素子の破損を回避できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の第２の目的は、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータのいずれかの動作に支障を来す故障が生じたときにでも、正常なアクチュエータから十分な駆動力を発生させることによって、良好な操舵フィーリングを確保できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００９】
【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、舵取り機構（１０）に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータ（５１Ｍ）と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニット（Ｕ１）と、上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニット（Ｕ２）と、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ライン（６５）とを含み、上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、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。
【００１０】
この構成では、第１および第２アクチュエータならびに第１および第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、駆動制限値が初期駆動制限値から故障時用駆動制限値へと減少させられる。これにより、大きな負荷がかかることになる正常動作状態のアクチュエータに大きなエネルギーが投入されて当該アクチュエータが破損に至ったり、このアクチュエータを駆動するための駆動素子（パワートランジスタなど）が破損に至ったりすることを予防できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、舵取り機構（１０）に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータ（５１Ｍ）と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニット（Ｕ１）と、上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニット（Ｕ２）と、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ライン（６５）とを含み、上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、ことを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１２】
この構成では、第１および第２アクチュエータならびに第１および第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、駆動制限値が初期駆動制限値から故障時用駆動制限値へと増加させられる。これにより、正常動作状態の１つのアクチュエータから十分な駆動力を発生させることができるので、故障時においても良好な操舵性を確保できる。
この請求項２記載の構成は、上記初期駆動制限値がアクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値である場合に適用される。これにより、故障時用駆動制限値はアクチュエータやその駆動素子が故障に至るおそれがある限界値（定格）よりも小さく定められ、上記初期駆動制限値は故障時用駆動制限値よりもさらに小さく定められる。
【００１３】
一方、請求項１記載の構成は、上記初期駆動制限値がアクチュエータの定格に対して余裕が少ない値である場合に適用される。初期駆動制限値は、アクチュエータやその駆動素子が故障に至るおそれのある限界値（定格）よりも小さく定められ、上記故障時用駆動制限値は初期駆動制限値よりもさらに小さく定められることになる。
請求項３記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）に操作反力を与える反力アクチュエータ（４０）と、この反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段（Ｕ３）であって、上記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかの故障が検出された場合には、上記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータが正常に動作している場合よりも大きな操作反力が上記操作部材に与えられるように上記反力アクチュエータを駆動制御する反力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である。
【００１４】
上記の構成によれば、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、操作部材に付与される操作反力が大きくなる。したがって、運転者は、操作反力が増加したことに基づいて、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じた事実を感知することができる。
上記第１および第２アクチュエータを駆動制御する制御手段を構成する上記第１および第２電子制御ユニットは、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれにも故障が生じていない正常時において、上記第１および第２アクチュエータの両方によって上記舵取り機構に操舵のための駆動力が与えられるように上記第１および第２アクチュエータを駆動制御するものであることが好ましい。
【００１５】
上記車両用操舵装置は、さらに、上記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータの動作に支障を来す故障の発生を検出する故障検出手段（Ｕ１，Ｕ２，６６，６７，Ｓ１，Ｓ１１）をさらに含むことが好ましい。この故障検出手段による検出結果に基づいて、反力制御手段による上述の制御を行うようにすればよい。
請求項４記載の発明は、上記第１アクチュエータの回転角を検出する第１回転角センサと、上記第２アクチュエータの回転角を検出する第２回転角センサとをさらに含み、上記第１異常検出処理手段は、上記第１回転角センサの出力信号を監視することによって上記第１アクチュエータの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記第２回転角センサの出力信号を監視することによって上記第２アクチュエータの故障を検出するものである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【００１６】
【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基本的な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、一対の舵取り車輪（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に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール３０とを備えている。
【００１７】
この車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が、二重系とされている。第１の操舵駆動系は、第１操舵アクチュエータ５１Ｍと、この第１操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角を検出するための第１回転角センサ５２Ｍとを含む。一方、第２の操舵駆動系は、第２操舵アクチュエータ５１Ｓと、この第２操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角を検出するための第２回転角センサ５２Ｓとを含む。第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、たとえば、いずれも電動モータ（たとえば三相ブラシレスモータ）で構成されている。
【００１８】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された転舵軸１１と、この転舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、舵取り車輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。転舵軸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、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓが同軸的に組み込まれている。
【００１９】
この構成により、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび／または第２操舵アクチュエータ５１Ｓが駆動されると、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび／または第２操舵アクチュエータ５１Ｓ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転舵軸１１の摺動に変換され、この転舵軸１１の摺動により舵取り車輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。
ステアリングホイール３０には、このステアリングホイール３０に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ４０が結合されている。
【００２０】
反力アクチュエータ４０は、ステアリングホイール３０に結合されたシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）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。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
【００２１】
第１操舵アクチュエータ５１Ｍは、第１電子制御ユニット（ＥＣＵ）Ｕ１に接続されており、第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２に接続されている。したがって、第１操舵アクチュエータ５１Ｍは、第１電子制御ユニットＵ１によって駆動制御され、第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２によって駆動制御される。より具体的には、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、それぞれ第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に内蔵された駆動回路から駆動電流の供給を受ける。
【００２２】
反力アクチュエータ４０は、反力用電子制御ユニットＵ３によって駆動制御されるようになっていて、反力用電子制御ユニットＵ３に内蔵された駆動回路から駆動電流が供給されるようになっている。
トルクセンサ４１および操作角センサ４２の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２ならびに反力用電子制御ユニットＵ３に共通に入力されるようになっている。さらに、第１回転角センサ５２Ｍの検出信号は第１電子制御ユニットＵ１に入力され、第２回転角センサ５２Ｓの検出信号は、第２電子制御ユニットＵ２に入力されるようになっている。また、転舵軸１１に関連して、この転舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【００２３】
第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、たとえば、第１、第２回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓの出力信号を監視することによって、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの故障を検出するための異常検出処理を実行する。すなわち、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、このような異常検出処理を実行する第１および第２異常検出処理手段をそれぞれ有している。さらに、第１電子制御ユニットＵ１の第１異常検出処理手段および第２電子制御ユニットＵ２の第２異常検出処理手段は、それぞれ、自己の故障を検出するための異常検出処理を実行するとともに、互いの動作状態を通信ライン６５を介して監視し合っていて、互いに他方の故障を検出するための異常検出処理を実行する。また、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓに故障が生じると、そのことを、通信ライン６５を介して互いに通知する。したがって、第１電子制御ユニットＵ１の第１異常検出処理手段は、通信ライン６５を介して、第２電子制御ユニットＵ２および第２操舵アクチュエータ５１Ｓの故障を検出でき、同様に、第２電子制御ユニットＵ２の第２異常検出処理手段は、通信ライン６５を介して、第１電子制御ユニットＵ１および第１操舵アクチュエータ５１Ｍの故障を検出できる。
【００２４】
さらに、第１電子制御ユニットＵ１および第２電子制御ユニットＵ２は、自己の故障を検出したときに、アクチュエータを駆動するための駆動電流を遮断するためのリレー（図示せず）を遮断するフェールセーフ機能をそれぞれ有している。
一方、反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１に接続されており、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２に接続されている。反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１に異常が生じたかどうかを監視し、また、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１から第１操舵アクチュエータ５１Ｍの故障の有無に関する情報の通知を受ける。同様に、反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２に異常が生じたかどうかを監視し、また、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２から第２操舵アクチュエータ５１Ｓの故障の有無に関する情報の通知を受ける。
【００２５】
第１電子制御ユニットＵ１は、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第１電子制御ユニットＵ１は、第１回転角センサ５２Ｍの出力信号に基づき、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
第２電子制御ユニットＵ２も同様に、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第２電子制御ユニットＵ２は、第２回転角センサ５２Ｓの出力信号に基づき、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
【００２６】
このとき、反力用電子制御ユニットＵ３は、トルクセンサ４１によって検出される操作トルクおよび操作角センサ４２によって検出される操作角に基づいて反力アクチュエータ４０を制御して、ステアリングホイール３０に操作反力を付与する。より具体的には、反力用電子制御ユニットＵ３は、操作角センサ４２が検出する操作角情報に応じた操作反力をステアリングホイール３０に付与する。これにより、運転者は、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に連結された従来からの車両用操舵装置の場合と同様な路面反力を感じながら、良好なフィーリングで操舵を行うことができる。
【００２７】
図２は、反力用電子制御ユニットＵ３の動作を説明するためのフローチャートである。反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６，６７からの信号に基づいてアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１）を実行する。このアクチュエータ故障検出処理では、第１電子制御ユニットＵ１および第１操舵アクチュエータ５１Ｍのいずれかの故障のために第１操舵アクチュエータ５１Ｍが動作停止状態に至っているかどうかが検出され、さらに、第２電子制御ユニットＵ２および第２操舵アクチュエータ５１Ｓのいずれかの故障のために第２操舵アクチュエータ５１Ｓが動作停止状態に至っているかどうかが検出される。
【００２８】
このアクチュエータ故障検出処理の結果、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの両方が正常に動作していると判断されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、反力アクチュエータ４０が発生する操作反力を定めるための反力ゲインが、正常時用反力ゲインに設定される（ステップＳ３）。これに対して、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていると判断されると（ステップＳ２のＮＯ）、反力ゲインが、故障時用反力ゲインに設定される（ステップＳ４）。
【００２９】
この故障時用反力ゲインは、正常時用反力ゲインよりも大きく定められている。そのため、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていると、反力アクチュエータ４０は、正常時よりも大きな操作反力をステアリングホイール３０に付与する。これにより、運転者は、操作反力の急増を感知し、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていることを認識できる。
【００３０】
図３は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２においてそれぞれ実行される処理を説明するためのフローチャートである。第１電子制御ユニットＵ１は、通信ライン６５を介して、第２操舵アクチュエータ５１Ｓおよび第２電子制御ユニットＵ２のいずれかに故障が生じていて、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの動作に支障を来す故障状態が発生しているかどうかを検出するためのアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１１）を実行する。同様に、第２電子制御ユニットＵ２は、通信ライン６５を介して、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第１電子制御ユニットＵ１のいずれかに故障が生じていて、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの動作に支障を来す故障状態が発生しているかどうかを検出するためのアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１１）を実行する。
【００３１】
第１電子制御ユニットＵ１が実行する上記アクチュエータ故障検出処理の結果、第２操舵アクチュエータ５１Ｓが正常に動作していると判断されると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、第１電子制御ユニットＵ１は、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの駆動目標値の上限を定める駆動制限値を初期値（初期駆動制限値）に設定する（ステップＳ１３）。一方、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの動作に支障を来す故障状態が発生していると判断されると（ステップＳ１２のＮＯ）、第１電子制御ユニットＵ１は、上記駆動制限値を故障時用駆動制限値に設定する（ステップＳ１４）。
【００３２】
同様に、第２電子制御ユニットＵ２が実行する上記アクチュエータ故障検出処理の結果、第１操舵アクチュエータ５１Ｍが正常に動作していると判断されると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、第２電子制御ユニットＵ２は、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの駆動目標値の上限を定める駆動制限値を初期値に設定する（ステップＳ１３）。一方、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの動作に支障を来す故障状態が発生していると判断されると（ステップＳ１２のＮＯ）、第２電子制御ユニットＵ２は、上記駆動制限値を故障時用駆動制限値に設定する（ステップＳ１４）。
【００３３】
図４(a)(b)は、トルクセンサ４１によって検出される操作トルクと、第１および第２操舵アクチュエータの駆動目標値（たとえば、目標電流値または目標電圧値）との関係の一例を説明するための図である。駆動目標値は、操作トルクの大きさが大きいほど大きく定められ、これにより、操作トルクが大きいときほど大きな駆動力が転舵軸１１に伝達される。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの両方が正常に動作している正常時においては、駆動制限値が初期値に定められるので、駆動目標値は当該初期値を上限として、操作トルクに応じて設定されることになる。この初期値は、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの破損や第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２（とくに、内蔵の駆動回路を構成するパワートランジスタ（ＦＥＴ）などの駆動素子）の破損が生じるおそれのある限界値（定格）よりも小さく定められている。
【００３４】
もしも、上記初期値が、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの定格に対してあまり余裕のない値に定められているとき、故障時用駆動制限値は、図４(a)に示すように、初期値よりも小さな値に定められることが好ましい。これにより、駆動目標値は、初期値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定められることになるから、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれか一方の動作停止のためにそれらの他方に大きな負荷がかかる状況においても大きな駆動目標値が設定され続ける状況が生じない。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓや第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２の破損を予防できる。
【００３５】
一方、上記初期値が、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの定格に対して十分に余裕のある値に定められているときには、故障時用駆動制限値は、図４(b)に示すように、上記限界値よりも小さな範囲で、初期値よりも大きく定められることが好ましい。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれか一方が動作停止状態に陥った後でも、それらの他方から大きな駆動力を発生させて転舵軸１１に付与することができ、良好な操舵性を維持できる。
【００３６】
図５は、転舵軸１１上に同軸的に設けた第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に駆動力を付与するための具体的な構成を説明するための図解的な断面図である。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓは、たとえばブラシレスモータのような電動モータからなっていて、転舵軸１１の軸方向に対向して隣接し、かつそれぞれ転舵軸１１を同軸的に取り囲んで配置されている。
【００３７】
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓは、それぞれ、ハウジング１４の内周に固定された円筒状のステータ７２，７３と、ハウジング１４に対応する軸受け８６，８７；８８，８９を介して回転自在に支持され、対応するステータ７２，７３内に挿通されたロータ７６，７７とを備えている。ステータ７２，７３の一部には、複数の励磁相のコイル（図示せず）が巻回されており、ロータ７６，７７の外周には、ステータ７２，７３に対向するように、円筒状の駆動用磁石が設けられている。駆動用磁石は、円周方向にＮ極とＳ極とを交互に形成するように磁化されている。
【００３８】
また、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓに付設された回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、それぞれレゾルバからなっていて、ロータ７６，７７の回転位置（回転角）をそれぞれ検出する。回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、ハウジング１４に固定されたステータ部８３と、対応するロータ７６，７７に固定され、ロータ７６，７７と一体回転するロータ部８４とを備えている。ステータ部８３には、ロータ部８４の回転位置に応じて所定の電圧が誘起されるので、この電圧を測定することによって、ロータ部８４の回転位置、すなわちロータ７６，７７の回転位置（位相）を検出できる。
【００３９】
各回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓから出力されるロータ７６，７７の回転位置（位相）に基づいて、第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのステータ７２，７３の回転方向に分割されたコイル（図示せず）の励磁相に順次電流を供給する。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓが回転力を発生する。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの間には、回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構としてのボールねじ機構８０が配置されている。ボールねじ機構８０は、転舵軸１１の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット８１を備えている。ボールナット８１は、転舵軸１１の途中部に形成されたボールねじ溝１１ａにボール８５を介して螺合している。
【００４０】
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのロータ７６，７７の相対向する端部にボールナット８１の両端部がそれぞれ圧入固定されており、ロータ７６，７７の両端部は、軸受け８６，８７，８８，８９を介してハウジング１４に回転自在に支持されている。
このような構成により、ロータ７６，７７が回転駆動されると、この回転運動が、ボールねじ機構８０によって、転舵軸１１の直線運動に変換され、この転舵軸１１の両端に結合されている舵取り車輪Ｗ，Ｗが転舵されることになる。
【００４１】
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、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０との間に機械的な結合のないステア・バイ・ワイヤ・システムを例にとったが、この発明は、転舵軸１１上にラックを設け、このラックと噛合するピニオンにステアリングシャフトを結合することによって、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０とを機械的に結合し、ステアリングホイール３０に加えられる操舵力を補助するための操舵補助力を第１、第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に付与する構成の電動パワーステアリング装置に対しても適用可能である。
【００４２】
また、第１および第２電動モータは、転舵軸１１上に設けられる必要はなく、たとえば、転舵軸１１上にラックを設け、一方の電動モータによって、ラックに噛合するピニオンを駆動する構成としてもよい。また、上述のような構成の電動パワーステアリング装置の場合に、一方の電動モータの駆動力をステアリングシャフトに付与する構成としてもよい。
さらに、上述の実施形態では、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。
【００４３】
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説明するための概念図である。
【図２】反力用電子制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】第１および第２電子制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】駆動制限値の設定例を説明するための図である。
【図５】第１および第２操舵アクチュエータによって転舵軸に駆動力を付与するための具体的な構成例を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
１０ 舵取り機構
１１ 転舵軸
１４ ハウジング
１５ 転舵位置センサ
３０ ステアリングホイール
４０ 反力アクチュエータ
４１ トルクセンサ
４２ 操作角センサ
５１Ｍ 第１操舵アクチュエータ
５１Ｓ 第２操舵アクチュエータ
５２Ｍ 第１回転角センサ
５２Ｓ 第２回転角センサ
６５，６６，６７ 通信ライン
７０ 車速センサ
８０ ボールねじ機構
８１ ボールナット
８３ ステータ部
８４ ロータ部
８５ ボール
８６〜８９ 軸受け
Ｕ１ 第１電子制御ユニット
Ｕ２ 第２電子制御ユニット
Ｕ３ 反力用電子制御ユニット
Ｗ 舵取り車輪
【発明の属する技術分野】
この発明は、舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータおよび第２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、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、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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
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。
このような、ステア・バイ・ワイヤ・システムにおいて、舵取り車輪に結合された転舵軸に駆動力を与えるための第１および第２の電動モータを備え、個々の電動モータの小型化を図ったり、一方の電動モータに故障が生じたときでも他方の電動モータの駆動力によって舵取り機構の駆動を可能としたりすることが提案されている（たとえば、下記特許文献１参照）。
【０００４】
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。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２１８０００号公報
【特許文献２】
特開平６−２０６５５８号公報
【特許文献３】
特開２００３−２２２３号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２６３５２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常時において第１および第２の電動モータを駆動し、両方の電動モータからの駆動力を転舵軸に与えて操舵を達成する構成の場合、一方の電動モータが故障して停止状態に至ると、他方の正常な電動モータのみで転舵軸が駆動されることになり、この正常な電動モータに対する負荷が大きくなる。
このとき、電動モータやこの電動モータを駆動するためのパワー素子に大きな電流が流れることになるから、電動モータおよびパワー素子の定格に対する余裕が少ない設計の場合、電動モータやパワー素子が破損に至るおそれがある。
【０００７】
一方、電動モータおよびパワー素子の定格に対する余裕の大きな設計である場合には、一方の電動モータが故障したときには、むしろ、定格の範囲内で駆動電流を増大させることにより、転舵軸に対する十分な駆動力を確保し、良好な操舵フィーリングを維持することが好ましい。
そこで、この発明の第１の目的は、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータのいずれかの動作に支障を来す故障が生じたときに、正常なアクチュエータやその駆動素子の破損を回避できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００８】
また、この発明の第２の目的は、第１アクチュエータおよび第２アクチュエータのいずれかの動作に支障を来す故障が生じたときにでも、正常なアクチュエータから十分な駆動力を発生させることによって、良好な操舵フィーリングを確保できる車両用操舵装置を提供することである。
【０００９】
【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、舵取り機構（１０）に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータ（５１Ｍ）と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニット（Ｕ１）と、上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニット（Ｕ２）と、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ライン（６５）とを含み、上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、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。
【００１０】
この構成では、第１および第２アクチュエータならびに第１および第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、駆動制限値が初期駆動制限値から故障時用駆動制限値へと減少させられる。これにより、大きな負荷がかかることになる正常動作状態のアクチュエータに大きなエネルギーが投入されて当該アクチュエータが破損に至ったり、このアクチュエータを駆動するための駆動素子（パワートランジスタなど）が破損に至ったりすることを予防できる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、舵取り機構（１０）に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータ（５１Ｍ）と、上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータ（５１Ｓ）と、上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニット（Ｕ１）と、上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニット（Ｕ２）と、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ライン（６５）とを含み、上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、ことを特徴とする車両用操舵装置である。
【００１２】
この構成では、第１および第２アクチュエータならびに第１および第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、駆動制限値が初期駆動制限値から故障時用駆動制限値へと増加させられる。これにより、正常動作状態の１つのアクチュエータから十分な駆動力を発生させることができるので、故障時においても良好な操舵性を確保できる。
この請求項２記載の構成は、上記初期駆動制限値がアクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値である場合に適用される。これにより、故障時用駆動制限値はアクチュエータやその駆動素子が故障に至るおそれがある限界値（定格）よりも小さく定められ、上記初期駆動制限値は故障時用駆動制限値よりもさらに小さく定められる。
【００１３】
一方、請求項１記載の構成は、上記初期駆動制限値がアクチュエータの定格に対して余裕が少ない値である場合に適用される。初期駆動制限値は、アクチュエータやその駆動素子が故障に至るおそれのある限界値（定格）よりも小さく定められ、上記故障時用駆動制限値は初期駆動制限値よりもさらに小さく定められることになる。
請求項３記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）に操作反力を与える反力アクチュエータ（４０）と、この反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段（Ｕ３）であって、上記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかの故障が検出された場合には、上記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータが正常に動作している場合よりも大きな操作反力が上記操作部材に与えられるように上記反力アクチュエータを駆動制御する反力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である。
【００１４】
上記の構成によれば、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じると、操作部材に付与される操作反力が大きくなる。したがって、運転者は、操作反力が増加したことに基づいて、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかに故障が生じた事実を感知することができる。
上記第１および第２アクチュエータを駆動制御する制御手段を構成する上記第１および第２電子制御ユニットは、第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれにも故障が生じていない正常時において、上記第１および第２アクチュエータの両方によって上記舵取り機構に操舵のための駆動力が与えられるように上記第１および第２アクチュエータを駆動制御するものであることが好ましい。
【００１５】
上記車両用操舵装置は、さらに、上記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータの動作に支障を来す故障の発生を検出する故障検出手段（Ｕ１，Ｕ２，６６，６７，Ｓ１，Ｓ１１）をさらに含むことが好ましい。この故障検出手段による検出結果に基づいて、反力制御手段による上述の制御を行うようにすればよい。
請求項４記載の発明は、上記第１アクチュエータの回転角を検出する第１回転角センサと、上記第２アクチュエータの回転角を検出する第２回転角センサとをさらに含み、上記第１異常検出処理手段は、上記第１回転角センサの出力信号を監視することによって上記第１アクチュエータの故障を検出するものであり、上記第２異常検出処理手段は、上記第２回転角センサの出力信号を監視することによって上記第２アクチュエータの故障を検出するものである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置である。
【００１６】
【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基本的な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、一対の舵取り車輪（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に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール３０とを備えている。
【００１７】
この車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が、二重系とされている。第１の操舵駆動系は、第１操舵アクチュエータ５１Ｍと、この第１操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角を検出するための第１回転角センサ５２Ｍとを含む。一方、第２の操舵駆動系は、第２操舵アクチュエータ５１Ｓと、この第２操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角を検出するための第２回転角センサ５２Ｓとを含む。第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、たとえば、いずれも電動モータ（たとえば三相ブラシレスモータ）で構成されている。
【００１８】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された転舵軸１１と、この転舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、舵取り車輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。転舵軸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、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓが同軸的に組み込まれている。
【００１９】
この構成により、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび／または第２操舵アクチュエータ５１Ｓが駆動されると、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび／または第２操舵アクチュエータ５１Ｓ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転舵軸１１の摺動に変換され、この転舵軸１１の摺動により舵取り車輪Ｗ，Ｗの転舵が達成される。
ステアリングホイール３０には、このステアリングホイール３０に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ４０が結合されている。
【００２０】
反力アクチュエータ４０は、ステアリングホイール３０に結合されたシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）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。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
【００２１】
第１操舵アクチュエータ５１Ｍは、第１電子制御ユニット（ＥＣＵ）Ｕ１に接続されており、第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２に接続されている。したがって、第１操舵アクチュエータ５１Ｍは、第１電子制御ユニットＵ１によって駆動制御され、第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、第２電子制御ユニットＵ２によって駆動制御される。より具体的には、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第２操舵アクチュエータ５１Ｓは、それぞれ第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に内蔵された駆動回路から駆動電流の供給を受ける。
【００２２】
反力アクチュエータ４０は、反力用電子制御ユニットＵ３によって駆動制御されるようになっていて、反力用電子制御ユニットＵ３に内蔵された駆動回路から駆動電流が供給されるようになっている。
トルクセンサ４１および操作角センサ４２の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２ならびに反力用電子制御ユニットＵ３に共通に入力されるようになっている。さらに、第１回転角センサ５２Ｍの検出信号は第１電子制御ユニットＵ１に入力され、第２回転角センサ５２Ｓの検出信号は、第２電子制御ユニットＵ２に入力されるようになっている。また、転舵軸１１に関連して、この転舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２に共通に入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【００２３】
第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、たとえば、第１、第２回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓの出力信号を監視することによって、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの故障を検出するための異常検出処理を実行する。すなわち、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、このような異常検出処理を実行する第１および第２異常検出処理手段をそれぞれ有している。さらに、第１電子制御ユニットＵ１の第１異常検出処理手段および第２電子制御ユニットＵ２の第２異常検出処理手段は、それぞれ、自己の故障を検出するための異常検出処理を実行するとともに、互いの動作状態を通信ライン６５を介して監視し合っていて、互いに他方の故障を検出するための異常検出処理を実行する。また、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓに故障が生じると、そのことを、通信ライン６５を介して互いに通知する。したがって、第１電子制御ユニットＵ１の第１異常検出処理手段は、通信ライン６５を介して、第２電子制御ユニットＵ２および第２操舵アクチュエータ５１Ｓの故障を検出でき、同様に、第２電子制御ユニットＵ２の第２異常検出処理手段は、通信ライン６５を介して、第１電子制御ユニットＵ１および第１操舵アクチュエータ５１Ｍの故障を検出できる。
【００２４】
さらに、第１電子制御ユニットＵ１および第２電子制御ユニットＵ２は、自己の故障を検出したときに、アクチュエータを駆動するための駆動電流を遮断するためのリレー（図示せず）を遮断するフェールセーフ機能をそれぞれ有している。
一方、反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１に接続されており、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２に接続されている。反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１に異常が生じたかどうかを監視し、また、通信ライン６６を介して第１電子制御ユニットＵ１から第１操舵アクチュエータ５１Ｍの故障の有無に関する情報の通知を受ける。同様に、反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２に異常が生じたかどうかを監視し、また、通信ライン６７を介して第２電子制御ユニットＵ２から第２操舵アクチュエータ５１Ｓの故障の有無に関する情報の通知を受ける。
【００２５】
第１電子制御ユニットＵ１は、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第１電子制御ユニットＵ１は、第１回転角センサ５２Ｍの出力信号に基づき、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
第２電子制御ユニットＵ２も同様に、トルクセンサ４１、操作角センサ４２および転舵位置センサ１５の出力に基づいて、運転者によるステアリングホイール３０の操作に応じた駆動電流を出力する。このとき、第２電子制御ユニットＵ２は、第２回転角センサ５２Ｓの出力信号に基づき、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角に応じた適切な駆動電流を出力する。
【００２６】
このとき、反力用電子制御ユニットＵ３は、トルクセンサ４１によって検出される操作トルクおよび操作角センサ４２によって検出される操作角に基づいて反力アクチュエータ４０を制御して、ステアリングホイール３０に操作反力を付与する。より具体的には、反力用電子制御ユニットＵ３は、操作角センサ４２が検出する操作角情報に応じた操作反力をステアリングホイール３０に付与する。これにより、運転者は、ステアリングホイールと舵取り機構とが機械的に連結された従来からの車両用操舵装置の場合と同様な路面反力を感じながら、良好なフィーリングで操舵を行うことができる。
【００２７】
図２は、反力用電子制御ユニットＵ３の動作を説明するためのフローチャートである。反力用電子制御ユニットＵ３は、通信ライン６６，６７からの信号に基づいてアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１）を実行する。このアクチュエータ故障検出処理では、第１電子制御ユニットＵ１および第１操舵アクチュエータ５１Ｍのいずれかの故障のために第１操舵アクチュエータ５１Ｍが動作停止状態に至っているかどうかが検出され、さらに、第２電子制御ユニットＵ２および第２操舵アクチュエータ５１Ｓのいずれかの故障のために第２操舵アクチュエータ５１Ｓが動作停止状態に至っているかどうかが検出される。
【００２８】
このアクチュエータ故障検出処理の結果、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの両方が正常に動作していると判断されると（ステップＳ２のＹＥＳ）、反力アクチュエータ４０が発生する操作反力を定めるための反力ゲインが、正常時用反力ゲインに設定される（ステップＳ３）。これに対して、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていると判断されると（ステップＳ２のＮＯ）、反力ゲインが、故障時用反力ゲインに設定される（ステップＳ４）。
【００２９】
この故障時用反力ゲインは、正常時用反力ゲインよりも大きく定められている。そのため、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていると、反力アクチュエータ４０は、正常時よりも大きな操作反力をステアリングホイール３０に付与する。これにより、運転者は、操作反力の急増を感知し、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれかが動作停止状態に陥っていることを認識できる。
【００３０】
図３は、第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２においてそれぞれ実行される処理を説明するためのフローチャートである。第１電子制御ユニットＵ１は、通信ライン６５を介して、第２操舵アクチュエータ５１Ｓおよび第２電子制御ユニットＵ２のいずれかに故障が生じていて、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの動作に支障を来す故障状態が発生しているかどうかを検出するためのアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１１）を実行する。同様に、第２電子制御ユニットＵ２は、通信ライン６５を介して、第１操舵アクチュエータ５１Ｍおよび第１電子制御ユニットＵ１のいずれかに故障が生じていて、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの動作に支障を来す故障状態が発生しているかどうかを検出するためのアクチュエータ故障検出処理（ステップＳ１１）を実行する。
【００３１】
第１電子制御ユニットＵ１が実行する上記アクチュエータ故障検出処理の結果、第２操舵アクチュエータ５１Ｓが正常に動作していると判断されると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、第１電子制御ユニットＵ１は、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの駆動目標値の上限を定める駆動制限値を初期値（初期駆動制限値）に設定する（ステップＳ１３）。一方、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの動作に支障を来す故障状態が発生していると判断されると（ステップＳ１２のＮＯ）、第１電子制御ユニットＵ１は、上記駆動制限値を故障時用駆動制限値に設定する（ステップＳ１４）。
【００３２】
同様に、第２電子制御ユニットＵ２が実行する上記アクチュエータ故障検出処理の結果、第１操舵アクチュエータ５１Ｍが正常に動作していると判断されると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、第２電子制御ユニットＵ２は、第２操舵アクチュエータ５１Ｓの駆動目標値の上限を定める駆動制限値を初期値に設定する（ステップＳ１３）。一方、第１操舵アクチュエータ５１Ｍの動作に支障を来す故障状態が発生していると判断されると（ステップＳ１２のＮＯ）、第２電子制御ユニットＵ２は、上記駆動制限値を故障時用駆動制限値に設定する（ステップＳ１４）。
【００３３】
図４(a)(b)は、トルクセンサ４１によって検出される操作トルクと、第１および第２操舵アクチュエータの駆動目標値（たとえば、目標電流値または目標電圧値）との関係の一例を説明するための図である。駆動目標値は、操作トルクの大きさが大きいほど大きく定められ、これにより、操作トルクが大きいときほど大きな駆動力が転舵軸１１に伝達される。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの両方が正常に動作している正常時においては、駆動制限値が初期値に定められるので、駆動目標値は当該初期値を上限として、操作トルクに応じて設定されることになる。この初期値は、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの破損や第１および第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２（とくに、内蔵の駆動回路を構成するパワートランジスタ（ＦＥＴ）などの駆動素子）の破損が生じるおそれのある限界値（定格）よりも小さく定められている。
【００３４】
もしも、上記初期値が、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの定格に対してあまり余裕のない値に定められているとき、故障時用駆動制限値は、図４(a)に示すように、初期値よりも小さな値に定められることが好ましい。これにより、駆動目標値は、初期値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定められることになるから、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれか一方の動作停止のためにそれらの他方に大きな負荷がかかる状況においても大きな駆動目標値が設定され続ける状況が生じない。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓや第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２の破損を予防できる。
【００３５】
一方、上記初期値が、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの定格に対して十分に余裕のある値に定められているときには、故障時用駆動制限値は、図４(b)に示すように、上記限界値よりも小さな範囲で、初期値よりも大きく定められることが好ましい。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのいずれか一方が動作停止状態に陥った後でも、それらの他方から大きな駆動力を発生させて転舵軸１１に付与することができ、良好な操舵性を維持できる。
【００３６】
図５は、転舵軸１１上に同軸的に設けた第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に駆動力を付与するための具体的な構成を説明するための図解的な断面図である。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓは、たとえばブラシレスモータのような電動モータからなっていて、転舵軸１１の軸方向に対向して隣接し、かつそれぞれ転舵軸１１を同軸的に取り囲んで配置されている。
【００３７】
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓは、それぞれ、ハウジング１４の内周に固定された円筒状のステータ７２，７３と、ハウジング１４に対応する軸受け８６，８７；８８，８９を介して回転自在に支持され、対応するステータ７２，７３内に挿通されたロータ７６，７７とを備えている。ステータ７２，７３の一部には、複数の励磁相のコイル（図示せず）が巻回されており、ロータ７６，７７の外周には、ステータ７２，７３に対向するように、円筒状の駆動用磁石が設けられている。駆動用磁石は、円周方向にＮ極とＳ極とを交互に形成するように磁化されている。
【００３８】
また、第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓに付設された回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、それぞれレゾルバからなっていて、ロータ７６，７７の回転位置（回転角）をそれぞれ検出する。回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓは、ハウジング１４に固定されたステータ部８３と、対応するロータ７６，７７に固定され、ロータ７６，７７と一体回転するロータ部８４とを備えている。ステータ部８３には、ロータ部８４の回転位置に応じて所定の電圧が誘起されるので、この電圧を測定することによって、ロータ部８４の回転位置、すなわちロータ７６，７７の回転位置（位相）を検出できる。
【００３９】
各回転角センサ５２Ｍ，５２Ｓから出力されるロータ７６，７７の回転位置（位相）に基づいて、第１、第２電子制御ユニットＵ１，Ｕ２は、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのステータ７２，７３の回転方向に分割されたコイル（図示せず）の励磁相に順次電流を供給する。これにより、第１、第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓが回転力を発生する。
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓの間には、回転運動を直線運動に変換するための運動変換機構としてのボールねじ機構８０が配置されている。ボールねじ機構８０は、転舵軸１１の周囲を取り囲む回転筒としてのボールナット８１を備えている。ボールナット８１は、転舵軸１１の途中部に形成されたボールねじ溝１１ａにボール８５を介して螺合している。
【００４０】
第１および第２操舵アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓのロータ７６，７７の相対向する端部にボールナット８１の両端部がそれぞれ圧入固定されており、ロータ７６，７７の両端部は、軸受け８６，８７，８８，８９を介してハウジング１４に回転自在に支持されている。
このような構成により、ロータ７６，７７が回転駆動されると、この回転運動が、ボールねじ機構８０によって、転舵軸１１の直線運動に変換され、この転舵軸１１の両端に結合されている舵取り車輪Ｗ，Ｗが転舵されることになる。
【００４１】
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、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０との間に機械的な結合のないステア・バイ・ワイヤ・システムを例にとったが、この発明は、転舵軸１１上にラックを設け、このラックと噛合するピニオンにステアリングシャフトを結合することによって、ステアリングホイール３０と舵取り機構１０とを機械的に結合し、ステアリングホイール３０に加えられる操舵力を補助するための操舵補助力を第１、第２電動モータ５１Ｍ，５１Ｓによって転舵軸１１に付与する構成の電動パワーステアリング装置に対しても適用可能である。
【００４２】
また、第１および第２電動モータは、転舵軸１１上に設けられる必要はなく、たとえば、転舵軸１１上にラックを設け、一方の電動モータによって、ラックに噛合するピニオンを駆動する構成としてもよい。また、上述のような構成の電動パワーステアリング装置の場合に、一方の電動モータの駆動力をステアリングシャフトに付与する構成としてもよい。
さらに、上述の実施形態では、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。
【００４３】
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説明するための概念図である。
【図２】反力用電子制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】第１および第２電子制御ユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】駆動制限値の設定例を説明するための図である。
【図５】第１および第２操舵アクチュエータによって転舵軸に駆動力を付与するための具体的な構成例を説明するための図解的な断面図である。
【符号の説明】
１０ 舵取り機構
１１ 転舵軸
１４ ハウジング
１５ 転舵位置センサ
３０ ステアリングホイール
４０ 反力アクチュエータ
４１ トルクセンサ
４２ 操作角センサ
５１Ｍ 第１操舵アクチュエータ
５１Ｓ 第２操舵アクチュエータ
５２Ｍ 第１回転角センサ
５２Ｓ 第２回転角センサ
６５，６６，６７ 通信ライン
７０ 車速センサ
８０ ボールねじ機構
８１ ボールナット
８３ ステータ部
８４ ロータ部
８５ ボール
８６〜８９ 軸受け
Ｕ１ 第１電子制御ユニット
Ｕ２ 第２電子制御ユニット
Ｕ３ 反力用電子制御ユニット
Ｗ 舵取り車輪
Claims (4)
- 舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータと、
上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータと、
上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニットと、
上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニットと、
上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ラインとを含み、
上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、
上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、
上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、
上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、
上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、
上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対してあまり余裕のない値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、ことを特徴とする車両用操舵装置。 - 舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第１アクチュエータと、
上記舵取り機構に操舵のための駆動力を与える第２アクチュエータと、
上記第１アクチュエータを制御するための第１電子制御ユニットと、
上記第２アクチュエータを制御するための第２電子制御ユニットと、
上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットを接続する通信ラインとを含み、
上記第１電子制御ユニットは、上記第１アクチュエータの故障、当該第１電子制御ユニットの故障、上記第２アクチュエータの故障、および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するための第１異常検出処理手段を含み、
上記第２電子制御ユニットは、上記第２アクチュエータの故障、当該第２電子制御ユニットの故障、上記第１アクチュエータの故障、および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するための第２異常検出処理手段を含み、
上記第１異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第２アクチュエータの故障および上記第２電子制御ユニットの故障を検出するものであり、
上記第２異常検出処理手段は、上記通信ラインを介して、上記第１アクチュエータの故障および上記第１電子制御ユニットの故障を検出するものであり、
上記第１電子制御ユニットは、上記第２電子制御ユニットおよび上記第２アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第１アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第２電子制御ユニットの故障または上記第２アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第１アクチュエータを駆動制御するものであり、
上記第２電子制御ユニットは、上記第１電子制御ユニットおよび上記第１アクチュエータがいずれも故障していないときは、上記第２アクチュエータの定格に対して十分に余裕のある値に定められた初期駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するとともに、上記第１電子制御ユニットの故障または上記第１アクチュエータの故障を検出したときは、上記初期駆動制限値よりも大きく上記定格よりも小さな故障時用駆動制限値を上限として定める駆動目標値に基づいて上記第２アクチュエータを駆動制御するものである、ことを特徴とする車両用操舵装置。 - 車両の操向のための操作部材に操作反力を与える反力アクチュエータと、
この反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段であって、上記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、上記第１電子制御ユニットおよび上記第２電子制御ユニットのいずれかの故障が検出された場合には、上記第１アクチュエータおよび第２アクチュエータが正常に動作している場合よりも大きな操作反力が上記操作部材に与えられるように上記反力アクチュエータを駆動制御する反力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。 - 上記第１アクチュエータの回転角を検出する第１回転角センサと、
上記第２アクチュエータの回転角を検出する第２回転角センサとをさらに含み、
上記第１異常検出処理手段は、上記第１回転角センサの出力信号を監視することによって上記第１アクチュエータの故障を検出するものであり、
上記第２異常検出処理手段は、上記第２回転角センサの出力信号を監視することによって上記第２アクチュエータの故障を検出するものである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用操舵装置。
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