JP2003175846A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルフセンタリング時のようなステアリング
ホイールから手を離しての操作時を含めて、反力アクチ
ュエータの故障を精度良く判定することができる操舵制
御装置を提供すること。 【解決手段】 操舵角θの中立位置からの変位方向と、
操舵角加速度d²θの発生方向と、操舵トルクＴの発生方
向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と操舵
角加速度d²θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵
トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継続し
た場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵
する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結としたステ
アリングバイワイヤ動作による操舵制御装置の技術分野
に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステアリングバイワイヤ動作によ
る車両用操舵装置としては、例えば、特開平１０−２５
８７５１号公報に記載のものが知られている。

【０００３】この公報には、制御手段が故障した場合に
その故障を速やかに検出することができる車両用操舵装
置を提供することを目的とし、制御手段として、主制御
部と反力制御部と舵取制御部を備え、主制御部が反力制
御部に与える反力指示信号に基づき、主制御部の故障を
検出する車両用操舵装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
車両用操舵装置にあっては、ステアリングホイールは運
転者の操舵操作と反力アクチュエータによる反力トルク
の両方から駆動される構成となっているため、操舵角の
監視のみでは反力アクチュエータの故障を判定できない
という問題がある。

【０００５】すなわち、操舵角の変化は、運転者の操舵
操作によるものであるか、反力アクチュエータの駆動に
よるものなのか、操舵角の監視のみでは判断できない。
操舵トルクを監視すれば、運転者が操舵しているのか、
反力アクチュエータの駆動によるものであるのかは判断
可能である。しかし、カーブを通過後、操舵反力を利用
して、手を離すことによって、直進状態へ復帰する場合
もあるので、操舵トルクのみの監視でも反力アクチュエ
ータの故障を判断することができない。

【０００６】本発明は、上記問題点に着目してなされた
もので、その目的とするところは、セルフセンタリング
時のようなステアリングホイールから手を離しての操作
時を含めて、反力アクチュエータの故障を精度良く判定
することができる操舵制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明では、ステアリングホイールへ
の操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操
舵輪転舵機構との間を機械的に非連結とし、前記操舵入
力機構に設けられた反力アクチュエータと、前記操舵輪
転舵機構に設けられた転舵アクチュエータとを制御する
操舵制御手段を設けた操舵制御装置において、操舵角を
検出する操舵角検出手段と、操舵角加速度を検出する操
舵角加速度検出手段と、操舵トルクを検出する操舵トル
ク検出手段と、操舵角の中立位置からの変位方向と、操
舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監
視し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度
の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生
方向が反対である状態が所定時間継続した場合、前記反
力アクチュエータが故障であると判定する反力アクチュ
エータ故障判定手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】

【発明の作用および効果】請求項１に係る発明にあって
は、反力アクチュエータ故障判定手段において、操舵角
の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向
と、操舵トルクの発生方向とが監視され、操舵角の中立
位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致
し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である
状態が所定時間継続した場合、操舵入力機構に設けられ
た反力アクチュエータが故障であると判定される。

【０００９】よって、ステアリングバイワイヤ動作によ
る操舵制御装置において、セルフセンタリング時のよう
なステアリングホイールから手を離しての操作時を含め
て、反力アクチュエータの故障を精度良く判定すること
ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の操舵制御装置を実
現する実施の形態を、請求項１，２，３，４に係る発明
に対応する第１実施例と、請求項５に係る発明に対応す
る第２実施例と、請求項６，７に係る発明に対応する第
３実施例とに基づいて説明する。

【００１１】（第１実施例）まず、構成を説明する。図
１は第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、
図２は第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構
成図、図３は第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を
示すブロック図である。

【００１２】図１において、１はステアリングホイー
ル、２は操舵入力機構、３は前輪転舵機構（操舵輪転舵
機構）、４，５は前輪、６，７は後輪、８は操舵角セン
サ（操舵角検出手段）、９は第２の操舵角センサ（操舵
角検出手段）、１０はピニオン角センサ、１１はラック
ストロークセンサ、１２は操舵トルクセンサ（操舵トル
ク検出手段）、１３は車速センサ、１４は横加速度セン
サ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニット
（操舵制御手段：図にはＥＣＵという略称にて記す）、
１７は転舵アクチュエータ、１８は反力アクチュエー
タ、１９は電磁クラッチである。

【００１３】前記操舵入力機構２は、ステアリングホイ
ール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵
操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図２に示す
ように、ステアリングホイール１と電磁クラッチ１９と
の間の第１コラムシャフト２０には、減速ギア２１を介
して反力アクチュエータ１８が取り付けられている。こ
の反力アクチュエータ１８と電磁クラッチ１９との間に
は、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵
角センサ８が取り付けられている。そして、反力アクチ
ュエータ１８には、減速ギア２１を介して反力アクチュ
エータ１８の回転角度、つまり、第２の操舵角を検出す
る第２の操舵角センサ９が設けられている。さらに、ス
テアリングホイール１と反力アクチュエータ１８の減速
ギア取付部との間には、操舵力あるいは操舵反力を検出
する操舵トルクセンサ１２が取り付けられている。

【００１４】前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５
を転舵する機構で、図２に示すように、ステアリングラ
ック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２
４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が
接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７
が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニ
オンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ス
テアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッ
ド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４
と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルが
キングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵され
る。

【００１５】前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア
３０を介して転舵アクチュエータ１７が取り付けられて
おり、この転舵アクチュエータ１７により、ピニオンシ
ャフト２９を回転させ、左右の前輪４，５を転舵させる
ことができるようになっている。前記ピニオンシャフト
２９の先端には、シャフト回転角を検出するピニオン角
センサ１０が取り付けられている。また、前記ステアリ
ングラック２２の端部には、ステアリングラック２２の
移動量を検出するラックストロークセンサ１１が取り付
けられている。ステアリングラックストロークは、ピニ
オンシャフト２９の回転角がラック＆ピニオンを介して
変換されたものとなるため、このラックストロークセン
サ１１は、第２のピニオン角センサということができ
る。また、前記ピニオンシャフト２９には、第２コラム
シャフト３１及び第３コラムシャフト３２が接続されて
いる。

【００１６】前記電磁クラッチ１９は、図２に示すよう
に、第１コラムシャフト２０と第３コラムシャフト３２
との間に挿入されていて、この電磁クラッチ１９を切り
離した状態では、転舵アクチュエータ３１により左右の
前輪４，５を転舵するステアリングバイワイヤ動作が行
われる。また、電磁クラッチ１９を締結した状態では、
ステアリングホイール１と左右の前輪４，５とが機械的
につながった通常のステアリングとして機能する。そし
て、センサ、アクチュエータ及び制御装置の故障時に
は、通常のステアリングとして操舵機能を果たすように
構成する。

【００１７】前記電子制御ユニット１６は、図３に示す
ように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入
力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置として
のＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力イン
ターフェース１６ｃとを備えている。

【００１８】そして、エンコーダにより構成される操舵
角センサ８と第２の操舵角センサ９とピニオン角センサ
１０からの出力は、入力インターフェース１６ａのデコ
ーダに入力され、アップダウンカウンタにより回転角に
応じたパルス数がカウントされる。ラックストロークセ
ンサ１１及び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、
入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル
数値に変換される。また、車速センサ１３からのパルス
信号は、入力インターフェース１６ａのカウンタにより
カウントされてパルス周期が演算される。横加速度セン
サ１４及びヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入
力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数
値に変換される。このように、各センサからの出力信号
は、入力インターフェース１６ａにより処理された後、
ＣＰＵ１６ｂに入力される。

【００１９】前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号
により、転舵アクチュエータ１７、反力アクチュエータ
１８への出力指令値を演算する。演算された出力指令値
は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回
路）へ入力され、このドライバで電流値に変換され、転
舵アクチュエータ１７及び反力アクチュエータ１８へ電
流が供給され、両アクチュエータ１７，１８が動作す
る。また、ステアリングバイワイヤ動作と通常のステア
リング動作の切り換えをＣＰＵ１６ｂが判断し、ＣＰＵ
１６ｂから指令信号が出力される。この出力信号は、出
力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）で電
流指令値に変換し、電磁クラッチ１９へ供給することに
より、電磁クラッチ１９が動作する。転舵アクチュエー
タ１７、反力アクチュエータ１８、電磁クラッチ１９の
各ドライバへは、リレーを介して電源が供給される。こ
のリレーは、ＣＰＵ１６ｂからの指令信号によりON/OFF
される。

【００２０】システムの故障時には、転舵アクチュエー
タ１７及び反力アクチュエータ１８へ電源を供給してい
るリレーをOFFとし、両アクチュエータ１７，１８への
電流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続する
ように指令値を出力して、通常のステアリングとして機
能するようにする。

【００２１】ここで、操舵角を検出するセンサとして、
操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９による二重系が
構成され、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニ
オン角センサ１０とラックストロークセンサ１１による
二重系が構成されているのは、２つのセンサの出力を比
較することで、センサの故障を確実に判定できるためで
ある。

【００２２】次に、作用を説明する。

【００２３】［反力アクチュエータ故障判定処理］図４
は第１実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力
アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャー
トで、以後、このフローチャートに沿って説明する。こ
こで、θは操舵角、d²θは操舵角加速度、Ｔは操舵トル
ク、α，βは故障判断の閾値である。また、操舵角θ及
び操舵トルクＴについて、符号が正のときを右回転とす
る。さらに、操舵角加速度d²θは、操舵角θの２階微分
演算処理することにより算出される（操舵角加速度検出
手段）。

【００２４】まず、ステップＳ１では、操舵角θが中立
より右に操舵されているかどうか判断する。操舵角θが
中立よりも右でなければ、ステップＳ２へ進み、操舵角
θが中立より左に操舵されているかどうか判断する。そ
して、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左でなけれ
ば（つまり、θ＝０で中立）、ステップＳ３へ進み、タ
イマカウンタＣＮＴをクリアし、さらに、ステップＳ４
へ進み、故障判定フラグFAIL_FLGをクリアして判定処理
を終了する。

【００２５】次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立よ
り右に操舵されていると判断されると、ステップＳ５へ
進み、操舵角加速度d²θが右向きであるかどうかを判断
する。操舵角加速度d²θが右向きであるならば、ステッ
プＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかどうかを
Ｔ＜−αにより判断する。また、ステップＳ２にて操舵
角θが中立より左に操舵されていると判断されると、ス
テップＳ７へ進み、操舵角加速度d²θが左向きであるか
どうかを判断する。操舵角加速度d²θが左向きであるな
らば、ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであ
るかどうかをＴ＞＋αにより判断する。ここで、操舵ト
ルクＴの判定において、±αの不感帯を設けているの
は、機械及びアクチュエータの慣性の影響により、操舵
トルクセンサ１２の出力に誤差が含まれるため、この誤
差分を、不感帯±αを設けることにより除去するためで
ある。

【００２６】そして、ステップＳ１とステップＳ５とス
テップＳ６の条件を満足する場合、または、ステップＳ
２とステップＳ７とステップＳ８の条件を満足する場
合、ステップＳ９へ進み、タイマカウンタＣＮＴの値
を、ＣＮＴ＝ＣＮＴ＋１の式によりインクリメントす
る。次のステップＳ１０では、タイマカウンタＣＮＴの
値を所定値βと比較し、ＣＮＴ≦βであれば判定処理を
終了し、ＣＮＴ＞βであれば反力アクチュエータ１８が
故障であると判定し、ステップＳ１１へ進み、故障判定
フラグFAIL_FLGをセットする。

【００２７】そして、ステップＳ１１にて故障判定フラ
グFAIL_FLGがセットされた場合、ＣＰＵ１６ｂは、転舵
アクチュエータ１７と反力アクチュエータ１８へ電源を
供給しているリレーをOFFにし、アクチュエータへの電
流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続するよ
うに指令値を出力して、通常のステアリングとして機能
するようにする。

【００２８】［反力アクチュエータ故障判定作用］上記
のような反力アクチュエータ故障判定内容にしたのは、
次の理由による。反力アクチュエータ１８の故障モード
の中でも、反力アクチュエータ１８が暴走し、ＣＰＵ１
６ｂからの指令値とは無関係に動く故障モードは、検出
が困難である。このような反力アクチュエータ１８の故
障モードは、アクチュエータへの出力ハーネスあるいは
ドライバでのショートによって起こり得る。

【００２９】例えば、操舵角θの変化は、運転者の操舵
操作によるものであるか、反力アクチュエータ１８の駆
動によるものなのか、操舵角θの監視のみでは判断でき
ない。操舵トルクＴを監視すれば、運転者が操舵してい
るのか、反力アクチュエータ１８の駆動によるものであ
るのかは判断可能である。しかし、カーブを通過後、操
舵反力を利用して、手を離すことによって、直進状態へ
復帰する場合もあるので、操舵トルクＴのみの監視で
は、反力アクチュエータ１８の故障を判断することがで
きない。そこで、故障モードを含んだ操舵操作の全ての
場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結
果、次のような結果を得た。

【００３０】 操舵角 操舵角加速度 操舵トルク 切り増し ＋ ＋ ＋ 切り戻し ＋ − − セルフセンタリング ＋ − ＋ 急反転操舵 ＋ − − 反力アクチュエータ故障 ＋ ＋ − ここでは、操舵角θが＋の場合についてのみ示したが、
操舵角θが−の場合は符号が逆になった結果が得られ
る。また、セルフセンタリング時のように、手を離した
状態では操舵トルクＴは理想的には発生しないが、実際
の操舵装置では、ステアリングホイール１等の機械部品
の慣性があり、この慣性に力を作用させるので、操舵ト
ルクセンサ１２に出力が表れる。

【００３１】この結果により、操舵角θ、操舵角加速度
d²θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することによ
り、反力アクチュエータ１８の故障が判断できることが
分かった。例えば、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−
の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力アクチュエータ
１８の故障モードかの何れかである。このうち、切り戻
しと急反転操舵の場合には、操舵角加速度d²θは−とな
る。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操
舵角加速度d²θが＋の場合には、反力アクチュエータ故
障時であると判定できる。

【００３２】ただし、センサ出力にはノイズが含まれる
可能性があり、ノイズによる反力アクチュエータ１８の
故障誤判断を避けるために、所定時間βを超えて連続し
たら故障と判断するようにしている（ステップＳ１０及
びステップＳ１１）。

【００３３】次に、効果を説明する。

【００３４】(1) 操舵角θの中立位置からの変位方向
と、操舵角加速度d²θの発生方向と、操舵トルクＴの発
生方向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と
操舵角加速度d²θの発生方向が一致し、これらの方向と
操舵トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継
続した場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判
定するようにしたため、セルフセンタリング時のような
ステアリングホイール１から手を離しての操作時を含め
て、反力アクチュエータ１８の故障を精度良く判定する
ことができる。

【００３５】(2) 操舵トルクＴの判定において、±αの
不感帯を設けているため、機械及びアクチュエータの慣
性の影響により、操舵トルクセンサ１２の出力に含まれ
る誤差分を、不感帯±αを設けることにより除去するこ
とができる。

【００３６】(3) 操舵角を検出するセンサとして、操舵
角センサ８と第２の操舵角センサ９により二重系を構成
し、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニオン角
センサ１０とラックストロークセンサ１１により二重系
を構成しているため、２つのセンサの出力を比較するこ
とで、センサ故障を確実に判定することができる。

【００３７】(4) ステアリングホイール１により動作す
る操舵入力機構２と、左右の前輪４，５を転舵する前輪
転舵機構３との間に電磁クラッチ１９を挿入する構成と
したため、センサやアクチュエータ等の故障判定時、電
磁クラッチ１９を接続することで、ステアリングホイー
ル１と左右の前輪４，５が機械的に連結された通常のス
テアリングとしての機能を確保することができる。

【００３８】（第２実施例）第２実施例は、第１実施例
では、操舵角θ、操舵角加速度d²θ、操舵トルクＴの組
み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１
８の故障判断を行う例を示したのに対し、操舵角θ、操
舵角加速度d²θ、操舵トルクＴに、操舵角速度ｄθを加
え、これらの組み合わせを監視することにより、反力ア
クチュエータ１８の故障判断を行うようにした例であ
る。

【００３９】まず、構成を説明すると、第２実施例の構
成は第１実施例（図１〜図３）と同様であるので、図示
並びに説明を省略する。

【００４０】次に、作用を説明する。

【００４１】［反力アクチュエータ故障判定処理］図５
は第２実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力
アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャー
トで、以後、このフローチャートに沿って説明する。こ
こで、θは操舵角、ｄθは操舵角速度、d²θは操舵角加
速度、Ｔは操舵トルク、α，βは故障判断の閾値であ
る。また、操舵角θ及び操舵トルクＴについて、符号が
正のときを右回転とする。さらに、操舵角速度ｄθは、
操舵角θを微分演算処理により算出され（操舵角速度検
出手段）、操舵角加速度d²θは、操舵角θを２階微分演
算処理することにより算出される（操舵角加速度検出手
段）。

【００４２】なお、ステップＳ１〜ステップＳ１１は、
図４に示す第１実施例と同様の処理であるので説明を省
略し、第１実施例との相違点のみを説明する。

【００４３】次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立よ
り右に操舵されていると判断されると、ステップＳ１２
へ進み、操舵角速度ｄθが右方向であるかどうかを判断
する。操舵角速度ｄθが右向きであるならば、ステップ
Ｓ５へ進み、操舵角加速度d²θが右向きであるかどうか
を判断する。操舵角加速度d²θが右向きであるならば、
ステップＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかど
うかをＴ＜−αにより判断する。

【００４４】また、ステップＳ２にて操舵角θが中立よ
り左に操舵されていると判断されると、ステップＳ１３
へ進み、操舵角速度ｄθが左方向であるかどうかを判断
する。操舵角速度ｄθが左向きであるならば、ステップ
Ｓ７へ進み、操舵角加速度d²θが左向きであるかどうか
を判断する。操舵角加速度d²θが左向きであるならば、
ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであるかど
うかをＴ＞＋αにより判断する。

【００４５】［反力アクチュエータ故障判定作用］第１
実施例と同様に、故障モードを含んだ操舵操作の全ての
場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結
果、次のような結果を得た。

【００４６】 操舵角 操舵角速度 操舵角加速度 操舵トルク 切り増し ＋ ＋ ＋ ＋ 切り戻し ＋ − − − セルフセンタリング ＋ − − ＋ 急反転操舵 ＋ ＋→− − − 反力アクチュエータ故障 ＋ ＋ ＋ − ここでは、操舵角θが＋の場合についてのみ示したが、
操舵角θが−の場合は符号が逆になった結果が得られ
る。また、セルフセンタリング時のように、手を離した
状態では操舵トルクＴは理想的には発生しないが、実際
の操舵装置では、ステアリングホイール１等の機械部品
の慣性があり、この慣性に力を作用させるので、操舵ト
ルクセンサ１２に出力が表れる。

【００４７】この結果により、操舵角θ、操舵角速度ｄ
θ、操舵角加速度d²θ、操舵トルクＴの組み合わせを監
視することにより、反力アクチュエータ１８の故障が判
断できることが分かった。例えば、操舵角θが＋で、操
舵トルクＴが−の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力
アクチュエータ１８の故障モードかの何れかである。こ
のうち、切り戻しと急反転操舵の場合には、操舵角速度
ｄθが−（＋→−）となり、操舵角加速度d²θは−とな
る。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操
舵角速度ｄθが＋で、操舵角加速度d²θが＋の場合に
は、反力アクチュエータ故障時であると判定できる。

【００４８】次に、効果を説明する。

【００４９】この第２実施例の操舵制御装置では、第１
実施例の(1)の効果に代え、下記の効果を得ることがで
きる。 (5) 操舵角θの中立位置からの変位方向と、操舵角速度
ｄθの発生方向と、操舵角加速度d²θの発生方向と、操
舵トルクＴの発生方向を監視し、操舵角θの中立位置か
らの変位方向と操舵角速度ｄθの発生方向と操舵角加速
度d²θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルク
Ｔの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場
合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定するよ
うにしたため、セルフセンタリング時のようなステアリ
ングホイール１から手を離しての操作時を含めて、高い
故障判定信頼性により反力アクチュエータ１８の故障を
精度良く判定することができる。

【００５０】（第３実施例）まず、構成を説明する。図
６は第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、
図７は第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構
成図、図８は第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を
示すブロック図である。

【００５１】図６において、１はステアリングホイー
ル、２は操舵入力機構（操舵入力機構）、３は前輪転舵
機構（操舵輪転舵機構）、４，５は前輪、６，７は後
輪、８は操舵角センサ、９ａは操舵角センサＡ、９ｂは
操舵角センサＢ、１０ａは転舵角センサ、１０ｂはピニ
オン角センサ、１１はラックストロークセンサ、１２は
操舵トルクセンサ、１３は車速センサ、１４は横加速度
センサ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニ
ット、１７ａは転舵アクチュエータＡ、１７ｂは転舵ア
クチュエータＢ、１８ａは反力アクチュエータＡ、１８
ｂは反力アクチュエータＢである。

【００５２】前記操舵入力機構２は、ステアリングホイ
ール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵
操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図７に示す
ように、前記ステアリングホイール１と共に回転する第
１コラムシャフト２０には、減速ギア２１ａ，２１ｂを
介して反力アクチュエータＡ１８ａ，反力アクチュエー
タＢ１８ｂが取り付けられている。

【００５３】そして、第１コラムシャフト２０の端部に
は、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵
角センサ８が取り付けられている。また、反力アクチュ
エータＡ１８ａには、減速ギア２１ａを介して反力アク
チュエータＡ１８ａの回転角度、つまり、第２の操舵角
を検出する操舵角センサＡ９ａが設けられ、さらに、反
力アクチュエータＢ１８ｂには、減速ギア２１ｂを介し
て反力アクチュエータＢ１８ｂの回転角度、つまり、第
３の操舵角を検出する操舵角センサＢ９ｂが設けられて
いる。加えて、ステアリングホイール１と反力アクチュ
エータＢ１８ｂの減速ギア取付部との間には、操舵力あ
るいは操舵反力を検出する操舵トルクセンサ１２が取り
付けられている。

【００５４】前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５
を転舵する機構で、図７に示すように、ステアリングラ
ック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２
４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が
接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７
が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニ
オンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ス
テアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッ
ド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４
と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルが
キングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵され
る。

【００５５】前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア
３０ａを介して転舵アクチュエータ１７ａが取り付けら
れ、また、減速ギア３０ｂを介して転舵アクチュエータ
１７ｂが取り付けられており、この転舵アクチュエータ
１７ａ，１７ｂにより、ピニオンシャフト２９または第
２コラムシャフト３０を回転させ、左右の前輪４，５を
転舵させることができるようになっている。

【００５６】前記第２コラムシャフト３０の端部にはシ
ャフト回転角を検出する転舵角センサ１０ａが取り付け
られている。また、ピニオンシャフト２９の先端には、
シャフト回転角を検出する第２の転舵角センサとしての
ピニオン角センサ１０ｂが取り付けられている。さら
に、前記ステアリングラック２２の端部には、ステアリ
ングラック２２の移動量を検出するラックストロークセ
ンサ１１が取り付けられている。ステアリングラックス
トロークは、ピニオンシャフト２９の回転角がラック＆
ピニオンを介して変換されたものとなるため、このラッ
クストロークセンサ１１は、第３の転舵角センサという
ことができる。

【００５７】前記電子制御ユニット１６は、図８に示す
ように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入
力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置として
のＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力イン
ターフェース１６ｃとを備えている。

【００５８】そして、エンコーダにより構成される操舵
角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂ
と転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂからの
出力は、入力インターフェース１６ａのデコーダに入力
され、アップダウンカウンタにより回転角に応じたパル
ス数がカウントされる。ラックストロークセンサ１１及
び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、入力インタ
ーフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換
される。また、車速センサ１３からのパルス信号は、入
力インターフェース１６ａのカウンタによりカウントさ
れてパルス周期が演算される。横加速度センサ１４及び
ヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入力インター
フェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換さ
れる。このように、各センサからの出力信号は、入力イ
ンターフェース１６ａにより処理された後、ＣＰＵ１６
ｂに入力される。

【００５９】前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号
により、転舵アクチュエータＡ１７ａ、転舵アクチュエ
ータＢ１７ｂ、反力アクチュエータＡ１８ａ、反力アク
チュエータＢ１８ｂへの出力指令値を演算する。演算さ
れた出力指令値は、出力インターフェース１６ｃのドラ
イバ（駆動回路）へ入力され、このドライバで電流値に
変換され、両転舵アクチュエータ１７ａ，１７ｂ及び反
力アクチュエータ１８ａ，１８ｂへ電流が供給され、こ
れらのアクチュエータ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ
が動作する。

【００６０】ここで、操舵角を検出するセンサとして、
操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ
９ｂによる三重系が構成され、また、転舵角を検出する
センサとして、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ
１０ｂとラックストロークセンサ１１による三重系が構
成されている。

【００６１】センサを三重系で構成するのは、次の理由
による。三重系のセンサのどれか１つが故障した場合、
３つのセンサ出力の多数決を採ることにより、どのセン
サが故障したかが判断可能であるので、残りの２つのセ
ンサでステアリングバイワイヤ動作を続けることがで
き、第１実施例のように、機械的つながりによる通常の
ステアリング機能を必要としないからである。

【００６２】なお、この第３実施例において、反力アク
チュエータの故障判定の動作は、第１実施例の図４に示
すフローチャート、または、第２実施例の図５に示すフ
ローチャートで説明できる。従って、反力アクチュエー
タ故障判定動作の説明は省略する。

【００６３】ここで、故障判定フラグFAIL_FLGがセット
された場合、２つの反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂ
のどちらが故障したかの判定は、次のように行われる。
すなわち、動作時には常に２つの反力アクチュエータ１
８ａ，１８ｂのうちどちらか１つのアクチュエータのみ
が動作するようにし、残りのアクチュエータは待機状態
としておく。ただし、残りのアクチュエータが正常か否
かは、例えば、始動時に毎回チェックを行うようにす
る。これにより、故障判定フラグFAIL_FLGがセットされ
た場合、その時点で動作していたアクチュエータが故障
であると判別できる。

【００６４】アクチュエータが故障であると判断された
ら、ＣＰＵ１６ｂは、故障であると判断されたアクチュ
エータのドライバに電源を供給しているリレーをOFF
し、待機状態にあったアクチュエータのドライバに電源
を供給することリレーをONにする。これにより、ステア
リングバイワイヤ動作を継続する。

【００６５】次に、効果を説明する。

【００６６】この第２実施例の操舵制御装置では、第１
実施例及び第２実施例の効果に加え、下記の効果を得る
ことができる。

【００６７】(6) 操舵角を検出するセンサとして、操舵
角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂ
により三重系を構成し、また、転舵角を検出するセンサ
として、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂ
とラックストロークセンサ１１により三重系を構成して
いるため、三重系のセンサのどれか１つが故障した場
合、３つのセンサの多数決を採ることによりどのセンサ
が故障したかを判断することができる。

【００６８】(7) 転舵アクチュエータとして、転舵アク
チュエータＡ１７ａと転舵アクチュエータＢ１７ｂによ
り二重系を構成し、反力アクチュエータとして、反力ア
クチュエータＡ１８ａと反力アクチュエータＢ１８ｂに
より二重系を構成しているため、２つのアクチュエータ
のうち一方が故障であると判定されても、残りのアクチ
ュエータを用いてステアリングバイワイヤ動作を継続す
ることができる。

【００６９】（他の実施例）以上、本発明の操舵制御装
置を第１実施例乃至第３実施例に基づき説明してきた
が、具体的な構成については、これらの実施例に限られ
るものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明
の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容さ
れる。

【００７０】例えば、第１実施例〜第３実施例では、操
舵角検出手段としてエンコーダを用いた例を示したが、
ポテンショメータ等の他の手段を用いても良い。

【００７１】第３実施例では、操舵角速度検出手段とし
て、操舵角検出値を時間微分演算することにより操舵角
速度を得る例を示したが、タコジェネレータを用いて直
接、操舵角速度を得るようにしても良い。

【００７２】第１実施例〜第３実施例では、操舵トルク
検出手段として操舵トルクセンサを用いた例を示した
が、反力アクチュエータのモータへの実電流値を用いて
操舵トルクを推定する手段としても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム
図である。

【図２】第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す
構成図である。

【図３】第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を示す
ブロック図である。

【図４】第１実施例の電子制御ユニットで実行される反
力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャ
ートである。

【図５】第２実施例の電子制御ユニットで実行される反
力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャ
ートである。

【図６】第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム
図である。

【図７】第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す
構成図である。

【図８】第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ 操舵入力機構 ３ 前輪転舵機構（操舵輪転舵機構） ４，５ 前輪（操舵輪） ６，７ 後輪 ８ 操舵角センサ（操舵角検出手段） ９ 第２の操舵角センサ（操舵角検出手段） １０ ピニオン角センサ １１ ラックストロークセンサ １２ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段） １３ 車速センサ １４ 横加速度センサ １５ ヨーレートセンサ １６ 電子制御ユニット（操舵制御手段） １７ 転舵アクチュエータ １８ 反力アクチュエータ １９ 電磁クラッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｄ 119:00 Ｂ６２Ｄ 119:00 137:00 137:00 Ｆターム(参考） 3D032 CC28 CC34 DA03 DA13 DA15 DA23 DA29 DA33 DC07 DC31 EB01 EB12 EC27 EC29 3D033 CA13 CA14 CA16 CA17 CA19 CA21 CA31

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステアリングホイールへの操作を入力す
   る操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構と
   の間を機械的に非連結とし、 前記操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータと、
   前記操舵輪転舵機構に設けられた転舵アクチュエータと
   を制御する操舵制御手段を設けた操舵制御装置におい
   て、 操舵角を検出する操舵角検出手段と、 操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、 操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、 操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発
   生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視し、操舵角の
   中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一
   致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対であ
   る状態が所定時間継続した場合、前記反力アクチュエー
   タが故障であると判定する反力アクチュエータ故障判定
   手段と、 を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の操舵制御装置におい
   て、 前記反力アクチュエータ故障判定手段は、操舵トルクの
   発生方向を監視する場合、操舵トルクの検出トルクがゼ
   ロの前後に操舵トルク発生方向を確定しない不感帯を設
   定した手段であることを特徴とする操舵制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の操舵制
   御装置において、 前記操舵角検出手段は、ステアリングホイールの回転角
   度を検出する操舵角センサと、反力アクチュエータの回
   転角度を検出する第２の操舵角センサによる二重系の検
   出手段であることを特徴とする操舵制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の何れかに記載
   の操舵制御装置において、 前記操舵入力機構と操舵輪転舵機構との間に電磁クラッ
   チに挿入し、 前記反力アクチュエータ故障判定手段により、反力アク
   チュエータが故障であると判定された場合、前記電磁ク
   ラッチを接続することを特徴とする操舵制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４の何れかに記載
   の操舵制御装置において、 操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を設け、 前記反力アクチュエータ故障判定手段は、操舵角の中立
   位置からの変位方向と、操舵角速度の発生方向と、操舵
   角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視
   し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角速度の発
   生方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方
   向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間
   継続した場合、前記反力アクチュエータが故障であると
   判定する手段であることを特徴とする操舵制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５の何れかに記載
   の操舵制御装置において、 前記操舵角検出手段は、ステアリングホイールの回転角
   度を検出する操舵角センサと、反力アクチュエータの回
   転角度を検出する２つの操舵角センサによる三重系の検
   出手段であることを特徴とする操舵制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６の何れかに記載
   の操舵制御装置において、 前記反力アクチュエータは、コラムシャフトに並列に２
   つ設けられた二重系のアクチュエータであることを特徴
   とする操舵制御装置。