JP2004291852A

JP2004291852A - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP2004291852A
Application number: JP2003088194A
Authority: JP
Inventors: Hironori Koyama; 裕教小山; Atsuo Sakai; 厚夫酒井; Yoshie Sasaki; 淑江佐々木; Mahoki Sano; 真秀樹佐野
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】操舵装置用電源に電圧降下や断線といった異常が生じた際、バックアップ用電源への切り換え時に電圧低下を招来するおそれのない車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】車両（車両用操舵装置１）には複数の電源を有する電源部４０が備えられている。転舵軸駆動モータ６にモータ駆動用電力を常時供給する操舵装置用電源４１と、転舵軸駆動モータ６を除く車両用電装品（例えばランプ、メータ類等）に電力を常時供給する車両用電源４２とを有している。操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは、転舵軸６を回転駆動するモータ駆動回路Ｐに対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置されている。切換手段５は、モータ駆動回路Ｐに常時接続された操舵装置用電源４１が所定値（閾値）以下に電圧降下したとき、操舵装置用電源４１をモータ駆動回路Ｐと切断し，モータ駆動回路Ｐの電源を操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置、特に自動車の操舵装置において、パワーステアリング装置が広く一般に普及している（特許文献１，２参照）。また、車両用操舵装置の他の例として、ハンドル軸と車輪転舵軸とが機械的に連結されず操舵制御部を介して電気的に接続されたステアバイワイヤ（ＳｔｅｅｒＢｙＷｉｒｅ）方式が知られている（特許文献３参照）。これら車両用操舵装置の操舵制御部においては、操舵用のハンドル軸に与えられる操舵トルクや操舵角といった操舵入力に応じて車輪転舵軸に与えるべきアシストトルクや転舵角といった転舵出力を決定し、その転舵出力が車輪転舵軸に与えられるように転舵軸駆動モータの回転を制御する方式が採用されている。
【０００３】
ところで、上記したような車両用操舵装置において、従来では、転舵軸駆動モータへのモータ駆動用電力の供給と、転舵軸駆動モータを除く車両用電装品等への電力の供給とは共通の電源から行われ、その共通の電源の電圧降下に備えて共通の予備電源（バックアップ用電源）が設けられていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１６８５９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４１６５６号公報
【特許文献３】
特開２００１−８８７２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、主電源が電圧降下し、主電源から予備電源（バックアップ用電源）へ電源切換を行う際に、予備電源が地絡した状態で主電源と予備電源とが短絡してしまうと両電源ともに電圧低下し、主電源及び予備電源の両者ともに使用不能にしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明の課題は、操舵装置用電源に電圧降下や断線といった異常が生じた際、バックアップ用電源への切り換え時に電圧低下を招来するおそれのない車両用操舵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及び発明の効果】
上記の課題を解決するために、本発明の車両用操舵装置は、
操舵用のハンドル軸に与えられる操舵入力に応じて車輪転舵軸に与えるべき転舵出力を決定し、その転舵出力が得られるように転舵軸駆動モータの回転を制御して前記車輪転舵軸を移動させる操舵制御部を有する車両用操舵装置において、
前記車両には複数の電源が装備され、
それら複数の電源には、前記転舵軸駆動モータにモータ駆動用電力を供給する操舵装置用電源と、バックアップ用電源とを少なくとも含み、
前記操舵装置用電源と前記バックアップ用電源とは、前記転舵軸駆動モータを回転駆動するモータ駆動回路に対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置され、
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際当該モータ駆動回路と切断され、前記バックアップ用電源が地絡及び電圧降下していないことを確認した後に、前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられることを特徴とする。
【０００８】
この車両用操舵装置によれば、通常時、転舵軸駆動モータは操舵装置用電源を専用電源としてモータ駆動用電力を供給される。したがって、操舵装置用電源の容量を転舵軸駆動モータに合わせて選定でき、モータ駆動用電力を安定して供給できる。また、操舵装置用電源に電圧降下等の異常が生じた際、バックアップ用電源が地絡及び電圧降下していないことの確認後に操舵装置用電源からバックアップ用電源に切り換えられるので、電源ショートにより両電源ともに電圧低下を起こす事態が避けられる。なお、地絡及び電圧降下していないことの確認方法として、操舵装置用電源からバックアップ用電源への切り換えまでにタイムラグを設ける方法や、車両用電源の電圧値（及び／又は電流値）の変化を監視する方法等を採用できる。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために、本発明の車両用操舵装置は、
操舵用のハンドル軸に与えられる操舵入力に応じて車輪転舵軸に与えるべき転舵出力を決定し、その転舵出力が得られるように転舵軸駆動モータの回転を制御して前記車輪転舵軸を移動させる操舵制御部を有する車両用操舵装置において、
前記車両には複数の電源が装備され、
それら複数の電源には、前記転舵軸駆動モータにモータ駆動用電力を供給する操舵装置用電源と、バックアップ用電源とを少なくとも含み、
前記操舵装置用電源と前記バックアップ用電源とは、前記転舵軸駆動モータを回転駆動するモータ駆動回路に対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置され、
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際当該モータ駆動回路と切断され、その所定時間経過後に、前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられることを特徴とする。
【００１０】
このような車両用操舵装置においても、上記したと同様に、操舵装置用電源に電圧降下等の異常が生じた際、バックアップ用電源を切り換え使用できるので、転舵軸駆動モータへの電力供給を途絶えさせることがない。したがって、ステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置においても、操舵不能状態を回避することができる。さらに、操舵装置用電源に電圧降下等の異常が生じた際、操舵装置用電源の切断後所定のタイムラグをおいてバックアップ用電源に切り換えられるので、電源ショートにより両電源ともに電圧低下を起こす事態が避けられる。
【００１１】
例えば、モータ駆動回路に接続された操舵装置用電源に異常が生じた際、リレーの接点切換により操舵装置用電源をモータ駆動回路と切断し、その所定時間経過後に、限時リレーの接点切換によりモータ駆動回路の電源を操舵装置用電源からバックアップ用電源に切り換えることができる。
あるいは、モータ駆動回路に接続された操舵装置用電源に異常が生じた際、第一のリレーの接点切換により操舵装置用電源をモータ駆動回路と切断し、その所定時間経過後に、第二のリレーの接点切換によりモータ駆動回路の電源を操舵装置用電源からバックアップ用電源に切り換えることができる。
これらの手段をとれば、比較的大電流が流れるモータ駆動回路において、操舵装置用電源からバックアップ用電源への切換がスムーズに行なえ、かつ、電源ショートにより両電源ともに電圧低下を起こす事態が避けられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
（実施例）
図１は、本発明が適用される車両用操舵装置の一例としてのステアバイワイヤ方式操舵装置の全体構成を模式的に示したものである（なお、本実施形態において「車両」は自動車とするが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない）。この車両用操舵装置１は、操舵用ハンドル２に直結されたハンドル軸３と、車輪転舵軸１１とが機械的に分離されたステアバイワイヤ方式に構成されている。車輪転舵軸１１には、転舵軸駆動モータ（以下、単にモータともいう）６及び減速機構１２が同軸状に組み付けられている。これにより、モータ６の回転が減速機構１２を介して車輪転舵軸１１に伝達され、車輪転舵軸１１が軸線方向に往復動し、車輪１３，１３の転舵角が変化する。
【００１３】
ハンドル軸３の角度位置φは、ロータリエンコーダ等の周知の角度検出部からなるハンドル軸角度検出部１４により操舵角（操舵入力）として検出される。一方、同じくロータリエンコーダ等からなるモータ角度位置検出部１５によりモータ６の回転角度位置θが転舵角（転舵出力）として検出される。そして、操舵制御部２０が、検出されたハンドル軸３の角度位置φに基づいて、モータ６の目標回転角度位置θ’を決定し、モータ６の回転角度位置θが目標回転角度位置θ’に近づくように、モータ６の動作を制御する。
【００１４】
図２は、車両用操舵装置１のブロック図である。車両（車両用操舵装置１）には複数の電源を有する電源部４０が備えられている。この実施例では、電源部４０は、モータ６にモータ駆動用電力を常時供給する操舵装置用電源４１と、モータ６を除く車両用電装品（例えばランプ、メータ類等）に電力を常時供給する車両用電源４２とを有している。操舵制御部２０において、操舵装置用電源４１とバックアップ用電源としての車両用電源４２とは、モータ６を回転駆動するモータ駆動回路Ｐに対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置されている。
【００１５】
具体的には、操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは操舵制御部２０の切換手段５（切換回路）を介してモータ駆動回路Ｐに択一的に接続されるとともに、モータ駆動回路Ｐは電源フィルタ２２を経てモータ６のドライバ１８に接続されている。切換手段５は、モータ駆動回路Ｐに常時接続された操舵装置用電源４１が所定値（閾値）以下に電圧降下したとき、操舵装置用電源４１をモータ駆動回路Ｐと切断し、車両用電源４２が地絡していないことを確認した後に、モータ駆動回路Ｐの電源を操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換えるものである。
【００１６】
同様に、操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは車両用供給部３０の切換手段５’を介して車両駆動回路Ｐ’に択一的に接続されるとともに、車両駆動回路Ｐ’は電源フィルタ３２を経てランプ、メータ類等の車両用電装品（図示せず）に接続されている。切換手段５’は、車両駆動回路Ｐ’に常時接続された車両用電源４２が所定値（閾値）以下に電圧降下したとき、車両用電源４２を、車両駆動回路Ｐ’と切断し、操舵装置用電源４１が地絡していないことを確認した後に、車両駆動回路Ｐ’の電源を車両用電源４２から操舵装置用電源４１に切り換えるものである。
【００１７】
この他、操舵制御部２０には、ＣＰＵ２３、ＲＡＭ２４、ＲＯＭ２５、入出力インターフェース２６等を有し、これらをバス２７により送受信可能に接続したマイクロコンピュータを備えている。また、操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは各々常閉スイッチ２９，２９及び逆流防止用ダイオード２１，２１を介して点Ａで接続されて電圧調整手段２８に入力される。その後、電圧調整手段２８によって電圧コントロール（例えば、ＤＣ＋１２Ｖ→ＤＣ＋５Ｖに変換）された電圧がモータ制御回路Ｃを通り、入出力インターフェース２６等に入力される。そして、操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは、操舵軸駆動モータ６の回転を制御するモータ制御回路Ｃに対して常時モータ制御用電力を供給できるように並列接続されている。
【００１８】
なお、入出力インターフェース２６には、ハンドル軸角度検出部１４の角度位置φ、モータ角度位置検出部１５の回転角度位置θ、切換手段５（モータ駆動回路Ｐ）の電圧値Ｖ（後述）等が入力される。一方、入出力インターフェース２６からは、ドライバ１８に対するモータ６の回転制御指令、切換手段５に対する切換制御指令（後述）等が出力される。
【００１９】
図３により、切換手段５によるモータ駆動回路Ｐに接続する電源回路の切換方法について詳述する。モータ駆動回路Ｐに接続された操舵装置用電源４１が所定値（閾値；図３（ｃ）参照）以下に電圧降下したとき、切換手段５は、操舵装置用電源４１をモータ駆動回路Ｐと切断し、その所定時間（遅延時間；図３（ｃ）参照）経過後に、モータ駆動回路Ｐの電源を操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換える。
【００２０】
具体的には、切換手段５（切換回路）は、モータ駆動回路Ｐの電圧を監視する電圧モニタ５ａと、電磁リレー５ｂ（Ｒ；リレー）とリレードライバ５ｘとの直列回路及びタイマリレー５ｃ（ＴＬＲ；限時リレー；オンディレイタイマ）とタイマリレードライバ５ｙとの直列回路とを有している。電磁リレー５ｂ（Ｒ）及びタイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）には、モータ制御回路Ｃの電圧調整前の電位（例えばＤＣ＋１２Ｖ）が上記した接続点Ａ（図２参照）より与えられている。電磁リレー５ｂ（Ｒ）に連動する常閉接点５ｄ（Ｒ−ｂ）が操舵装置用電源４１に接続された回路に設けられる。一方、タイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）に連動する常開接点５ｅ（ＴＬＲ−ａ）が車両用電源４２に接続された回路に設けられる。これによって、モータ駆動回路Ｐに接続された操舵装置用電源４１が所定値以下に電圧降下したとき、電磁リレー５ｂ（Ｒ）の常閉接点５ｄ（Ｒ−ｂ）が開状態に切り換えられて、操舵装置用電源４１はモータ駆動回路Ｐと切断される。その所定時間（タイマリレー５ｃで設定された遅延時間）経過後に、タイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）の常開接点５ｅ（ＴＬＲ−ａ）が閉状態に切り換えられて、モータ駆動回路Ｐの電源が操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換えられる。
【００２１】
なお、図２に示す車両用供給部３０の切換手段５’では、図３（ａ）の常閉接点５ｄ（Ｒ−ｂ）と常開接点５ｅ（ＴＬＲ−ａ）との接続位置を入れ換えて使用される。
【００２２】
次に、図４のフローチャートに沿って、ＣＰＵ２３が主体となって実施される電源切換プログラムの内容を説明する。電圧モニタ５ａ（図３（ａ）参照）により、モータ駆動回路Ｐ（操舵装置用電源４１）の電圧値を監視し（Ｓ１）、電圧が設定された閾値以下に低下していないかをチェックする（Ｓ２）。電圧が閾値以下に低下している場合には（Ｓ２でＹＥＳ）、リレードライバ５ｘとタイマリレードライバ５ｙとを介して電磁リレー５ｂ（Ｒ）とタイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）とが作動される（Ｓ３）。電磁リレー５ｂ（Ｒ）の励磁により、常閉接点５ｄ（Ｒ−ｂ）が開き、操舵装置用電源４１がモータ駆動回路Ｐから切断される（Ｓ４；図３（ｂ）（ｃ）参照）。遅延時間経過後にタイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）の励磁により、常開接点５ｅ（ＴＬＲ−ａ）が閉じられて、車両用電源４２がモータ駆動回路Ｐに接続される（Ｓ５；図３（ｂ）（ｃ）参照）。
【００２３】
再び、電圧モニタ５ａ（図３（ａ）参照）により、モータ駆動回路Ｐ（車両用電源４２）の電圧値を監視し（Ｓ６）、電圧が設定された閾値以下に低下していないかをチェックする（Ｓ７）。電圧が閾値以下に低下している場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、操舵装置用電源４１・車両用電源４２ともにモータ６を回転駆動させる充分な駆動用電力をモータ駆動回路Ｐに供給できない旨を警報出力するとともに、リレードライバ５ｘとタイマリレードライバ５ｙとを介して電磁リレー５ｂ（Ｒ）とタイマリレー５ｃ（ＴＬＲ）とを非作動とする（Ｓ８）。これによって、瞬時に常閉接点５ｄ（Ｒ−ｂ）が閉じ、常開接点５ｅ（ＴＬＲ−ａ）が開くので、再び操舵装置用電源４１がモータ駆動回路Ｐに接続される（図３（ａ）参照）。操舵装置用電源４１は電圧モニタ５ａにより電圧低下していることを検知されているが、その電圧の余力で操舵が行なわれ操舵不能になるのを回避する。
【００２４】
このように、操舵装置用電源４１の電圧降下時に車両用電源４２がバックアップ用電源として機能するので、本実施例のようなステアバイワイヤ方式の車両用操舵装置１においても、操舵不能状態を回避することができる。また、本実施例では、モータ駆動回路Ｐに接続された操舵装置用電源４１が所定値（閾値）以下に電圧降下したときモータ駆動回路Ｐと切断され、その所定時間（遅延時間）経過後に、モータ駆動回路Ｐの電源を操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換える。これによって、操舵装置用電源４１の電圧降下の際に、バックアップ用電源としての車両用電源４２が地絡していた場合でも、切り換えまでにタイムラグを設けてあるので、電源ショートにより両電源４１，４２ともに電圧低下を起こすことが避けられる。
【００２５】
さらに、操舵装置用電源４１と車両用電源４２とは、モータ６の回転を制御するモータ制御回路Ｃに対して常時モータ制御用電力を供給するように並列接続されているので、モータ制御用電力を常時供給でき、操舵制御が不安定となったり、地絡を確認できなくなるといった事態を防止できる。
【００２６】
（変形例）
図５に図３（ａ）の切換回路の変形例を示す。この切換回路５０（切換手段）では、モータ駆動回路Ｐの電圧を監視する電圧モニタ５ａと、第一電磁リレー５０ｂ（Ｒ１；リレー）と第一電磁リレードライバ５０ｘとの直列回路及び第二電磁リレー５０ｃ（Ｒ２；リレー）と第二電磁リレードライバ５０ｙとの直列回路とを有している。第一電磁リレー５０ｂ（Ｒ１）及び第二電磁リレー５０ｃ（Ｒ２）には、モータ制御回路Ｃの電圧調整前の電位（例えばＤＣ＋１２Ｖ）が上記した接続点Ａ（図２参照）より与えられている。第一電磁リレー５０ｂ（Ｒ１）に連動する常閉接点５０ｄ（Ｒ１−ｂ）が操舵装置用電源４１に接続された回路に設けられる。一方、第二電磁リレー５０ｃ（Ｒ２）に連動する常開接点５０ｅ（Ｒ２−ａ）が車両用電源４２に接続された回路に設けられる。これによって、モータ駆動回路Ｐに接続された操舵装置用電源４１が所定値以下に電圧降下したとき、第一電磁リレー５０ｂ（Ｒ１）の常閉接点５０ｄ（Ｒ１−ｂ）が開状態に切り換えられて、操舵装置用電源４１はモータ駆動回路Ｐと切断される。その所定時間（予め設定され、ＣＰＵ２３からのクロック信号に基づく遅延時間）経過後に、第二電磁リレー５０ｃ（Ｒ２）の常開接点５０ｅ（Ｒ２−ａ）が閉状態に切り換えられて、モータ駆動回路Ｐの電源が操舵装置用電源４１から車両用電源４２に切り換えられる。
【００２７】
以上の説明は、ステアバイワイヤ方式操舵装置についてのみ行なったが、パワーステアリング装置にも適用できる。また、バックアップ用電源として車両用電源を使用する例を示したが、バックアップ用電源は車両用電源に接続されない純粋な（専用の）バックアップ用電源でも構わない。なお、これらの車両用操舵装置には、電動式、電動油圧式、速度感応型・回転数感応型等の転舵出力可変式等、種々のタイプが含まれる。なお、電源部４０に設ける電源は複数であればよく、操舵制御部及びモータの数は、１又は複数のいずれでもよい。また、これらの数は適宜組合せることができる。例えば、２基の操舵制御部と１個のモータ、１基の操舵制御部と２個のモータ等の組合せを選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される車両用操舵装置の一例としてのステアバイワイヤ方式操舵装置の全体構成を示す模式図。
【図２】図１の車両用操舵装置のブロック図。
【図３】切換手段の回路構成図、そのタイミングチャート及びモータ駆動回路の電圧変化を表わすグラフ。
【図４】電源切換プログラムの内容を示すフローチャート。
【図５】図３（ａ）の切換手段の変形例を示す回路構成図。
【符号の説明】
１車両用操舵装置（ステアバイワイヤ方式操舵装置）
３ハンドル軸
５切換手段（切換回路）
６モータ（転舵軸駆動モータ）
１１車輪転舵軸
２０操舵制御部
４０電源部
４１操舵装置用電源
４２車両用電源（バックアップ用電源）
Ｃモータ制御回路
Ｐモータ駆動回路

Claims

操舵用のハンドル軸に与えられる操舵入力に応じて車輪転舵軸に与えるべき転舵出力を決定し、その転舵出力が得られるように転舵軸駆動モータの回転を制御して前記車輪転舵軸を移動させる操舵制御部を有する車両用操舵装置において、
前記車両には複数の電源が装備され、
それら複数の電源には、前記転舵軸駆動モータにモータ駆動用電力を供給する操舵装置用電源と、バックアップ用電源とを少なくとも含み、
前記操舵装置用電源と前記バックアップ用電源とは、前記転舵軸駆動モータを回転駆動するモータ駆動回路に対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置され、
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際当該モータ駆動回路と切断され、前記バックアップ用電源が地絡及び電圧降下していないことを確認した後に、前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられることを特徴とする車両用操舵装置。
操舵用のハンドル軸に与えられる操舵入力に応じて車輪転舵軸に与えるべき転舵出力を決定し、その転舵出力が得られるように転舵軸駆動モータの回転を制御して前記車輪転舵軸を移動させる操舵制御部を有する車両用操舵装置において、
前記車両には複数の電源が装備され、
それら複数の電源には、前記転舵軸駆動モータにモータ駆動用電力を供給する操舵装置用電源と、バックアップ用電源とを少なくとも含み、
前記操舵装置用電源と前記バックアップ用電源とは、前記転舵軸駆動モータを回転駆動するモータ駆動回路に対して択一的にモータ駆動用電力を供給できるように並列配置され、
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際当該モータ駆動回路と切断され、その所定時間経過後に、前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられることを特徴とする車両用操舵装置。
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際、リレーの接点切換により前記操舵装置用電源は前記モータ駆動回路と切断され、その所定時間経過後に、限時リレーの接点切換により前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられる請求項２に記載の車両用操舵装置。
前記モータ駆動回路に接続された前記操舵装置用電源に異常が生じた際、第一のリレーの接点切換により前記操舵装置用電源は前記モータ駆動回路と切断され、その所定時間経過後に、第二のリレーの接点切換により前記モータ駆動回路の電源が前記操舵装置用電源から前記バックアップ用電源に切り換えられる請求項２に記載の車両用操舵装置。