JP2004352111A

JP2004352111A - 車両用操舵装置

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Publication number: JP2004352111A
Application number: JP2003153083A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ono; 仁小野; Kazuo Hara; 一男原; Kiyotaka Shimomitsu; 喜代崇下光; Takaaki Eguchi; 孝彰江口; Yusuke Kato; 裕介加藤; Toshiaki Kasahara; 敏明笠原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: US6938721B2; EP1481874B1; US20040238258A1; KR100603873B1; EP1481874A2; EP1481874A3; DE602004014846D1; KR20040103385A; JP3867682B2

Abstract

【課題】操作入力手段の近傍にトルクセンサを設けることのない低コスト・省スペースのシステムとしながら、システムに既設の操舵角センサと転舵角センサを用いた操舵トルクの推定により、クラッチの接続時、最適な操作アシストトルクを付与することができる車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】ステアリングホイール１と操向輪３，３との間に、機械的に切り離されたステアリングホイール１と操向輪３，３とを接続により連結するクラッチ５を備えた車両用操舵装置において、前記操作部２に設けられ、操舵角を検出する操舵角センサ６と、前記転舵部４に設けられ、転舵角を検出するピニオン角センサ１２と、前記操作部２と転舵部４との間に設けられ、前記クラッチ５の接続時に伝達される操舵トルクにより弾性変形する部材（ケーブル１５ｃ，１５ｄ）と、前記クラッチ５の接続時、操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差を演算する角度偏差演算ステップＳ１４と、を備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作入力手段から操向輪に至る操舵系の途中位置に設けられ、機械的に切り離された操作入力手段と操向輪とを連結するクラッチを備えた、いわゆる、ステア・バイ・ワイヤ方式による車両用操舵装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のステア・バイ・ワイヤ方式による車両用操舵装置は、ステアリングホイールと反力モータとの間にトルクセンサを加え、システムの一部がフェールした場合、クラッチを繋いでドライバー操作力により直接タイヤを転舵すると共に、前記トルクセンサの信号により制御可能なモータでトルクアシスト制御（＝パワーステアリング）を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１４５０９８号公報。
【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、通常のステア・バイ・ワイヤ制御では不要であるトルクセンサをステアリングホイールと反力モータとの間に設ける必要があり、トルクセンサの分コストアップしてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、操作入力手段の近傍にトルクセンサを設けることのない低コスト・省スペースのシステムとしながら、システムに既設の操舵角センサと転舵角センサを用いた操舵トルクの推定により、クラッチの接続時、最適な操作アシストトルクを付与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する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
操作入力手段から操向輪に至る操舵系の途中位置に設けられ、機械的に切り離された前記操作入力手段と前記操向輪とを連結するクラッチを備えた車両用操舵装置において、
前記操作部に設けられ、操舵角を検出する操舵角センサと、
前記転舵部に設けられ、転舵角を検出する転舵角センサと、
前記操作部と転舵部との間に設けられ、前記クラッチの前記操作入力手段と操向輪とを連結した時に、前記操作入力手段により入力される操舵トルクを前記操向輪に伝達するとともに、該操舵トルクにより弾性変形する部材と、
前記部材が変形することにより発生する操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差を演算する角度偏差演算手段と、
を備えた。
【０００７】
ここで、「操舵トルクにより弾性変形する部材」の剛性は、剛性が高すぎるとクラッチ接続時に角度偏差が小さくなることで、その上限レベルを操舵角センサや転舵角センサの角度検知分解能により決める。また、剛性が低すぎるとクラッチ接続により機械的に連結されていながらも遊びが大きい操舵違和感を与えることで、その下限レベルをクラッチ接続時にしっかりした操舵感の確保により決める。
【０００８】
【発明の効果】
よって、本発明の車両用操舵装置にあっては、クラッチの接続時、角度偏差演算手段において、操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差を演算するようにしているため、操作入力手段の近傍にトルクセンサを設けることのない低コスト・省スペースのシステムとしながら、システムに既設の操舵角センサと転舵角センサを用いた操舵トルクの推定により、クラッチの接続時、最適な操作アシストトルクを付与することができる。
すなわち、クラッチの接続により操作入力手段と操向輪とが機械的に連結された状態でドライバーがステアリングホイール等の操作入力手段に対し操舵を行えば、操作部と転舵部との間に設けられた部材が、伝達される操舵トルクにより弾性変形するため、角度偏差（演算値）と部材の剛性（既値）から操舵トルクを推定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、図面に示す第１実施例及び第２実施例に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車両用操舵装置を示す全体システム図であり、この第１実施例は、フェイルセーフのためのステア・バイ・ワイヤシステム（以下、ＳＢＷシステムという。）の転舵アクチュエータを２重系とした例である。
【００１１】
図１において、１はステアリングホイール（操作入力手段）、２は操作部、３は操向輪、４は転舵部、５はクラッチ、６は操舵角センサ、７は反力アクチュエータ、８は第１コラムシャフト（操舵軸）、９は第２コラムシャフト（操舵軸）、１０は第１転舵アクチュエータ、１１は第２転舵アクチュエータ、１２はピニオン角センサ（転舵角センサ）、１３はピニオンシャフト（転舵軸）、１４はステアリング機構、１５はケーブル機構、１６は車速センサ、１７はステア・バイ・ワイヤコントローラ、１８は反力アクチュエータ駆動回路、１９はクラッチ駆動回路、２０は第１転舵アクチュエータ駆動回路、２１は第２転舵アクチュエータ駆動回路である。
【００１２】
第１実施例の車両用操舵装置は、ステアリングホイール１を有する操作部２と、操向輪３，３を転舵する転舵部４と、機械的に切り離されたステアリングホイール１と操向輪３，３とを連結するクラッチ５と、を備えている。
【００１３】
前記操作部２の第１コラムシャフト８には、上端部から順にステアリングホイール１、操舵角センサ６、反力アクチュエータ７が設けられている。そして、操作部２の第１コラムシャフト８と第２コラムシャフト９との間に、外部から接続及び解放の制御ができる電磁クラッチ等によるクラッチ５が設けられている。
【００１４】
前記転舵部４のピニオンシャフト１３には、上部から順に、第１転舵アクチュエータ１０、第２転舵アクチュエータ１１、ピニオン角センサ１２が設けられている。そして、ピニオンシャフト１３の下端部には、ラック＆ピニオン式によるステアリング機構１４が連結され、該ステアリング機構１４の両側には、ラックギヤ軸の移動により転舵角が変えられる操向輪３，３が設けられている。
【００１５】
前記ケーブル機構１５は、前記操作部２と転舵部４との間に設けられ、前記クラッチ５の接続時に伝達される操舵トルクにより伸びる（弾性変形）低剛性部材の一例である２本のケーブル１５ｃ，１５ｄと、第２コラムシャフト９の下端部に設けられた第１ケーブルリール１５ａと、ピニオンシャフト１３の上端部に設けられた第２ケーブルリール１５ｂとにより構成されている。２本のケーブル１５ｃ，１５ｄは、両ケーブルリール１５ａ，１５ｂにそれぞれ逆方向に巻き付けられた状態で両ケーブルリール１５ａ，１５ｂを連結している。
【００１６】
前記ステア・バイ・ワイヤコントローラ１７は、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２と車速センサ１６からのセンサ信号を入力し、前記操作部２に設けられた反力アクチュエータ７及びクラッチ５と、前記転舵部４に設けられた第１転舵アクチュエータ１０及び第２転舵アクチュエータ１１と、これらのアクチュエータ７，１０，１１及びクラッチ５を制御する。
【００１７】
このステア・バイ・ワイヤコントローラ１７には、ＳＢＷシステムに故障が発生すると、前記クラッチ５を接続する指令を出力すると共に、演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を、２つの転舵アクチュエータ１０，１１の少なくとも一方（正常な転舵アクチュエータ）に出力するフェイルセーフ制御部を有する。
【００１８】
次に、作用を説明する。
【００１９】
［ステア・バイ・ワイヤ制御処理］
図２は第１実施例のステア・バイ・ワイヤコントローラ１７により実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００２０】
ステップＳ１では、各駆動回路１８，１９，２０，２１の故障診断等により、ＳＢＷシステムに故障が発生したか否かが判断され、ＮＯの場合（正常時）はステップＳ２へ移行し、ＹＥＳの場合（故障発生時）はステップＳ１０へ移行する。
【００２１】
ステップＳ２では、解放されていたクラッチ５の解放を維持、もしくは、接続されていたクラッチ５を解放し、ステップＳ３へ移行する。
【００２２】
ステップＳ３では、クラッチ５の接続・解放を示すクラッチフラグＦＬＧＣＬをＦＬＧＣＬ＝０（クラッチ解放を表す）とし、ステップＳ４へ移行する。
【００２３】
ステップＳ４では、操舵角センサ６、ピニオン角センサ１２，車速センサ１６からのセンサ信号を読み込み、ステップＳ５へ移行する。
【００２４】
ステップＳ５では、操舵角と、操舵角等に応じてマップや演算等により決められた舵角比（操舵角と転舵角の比）により、目標転舵角を算出し、ステップＳ６へ移行する。
【００２５】
ステップＳ６では、操舵角と車速により、操舵状況や車両状態に応じて最適な目標操舵反力トルクを算出し、ステップＳ７へ移行する。
【００２６】
ステップＳ７では、第１転舵アクチュエータ１０に対し、実転舵角を目標転舵角に一致させる指令を出力し、ステップＳ８へ移行する。
【００２７】
ステップＳ８では、第２転舵アクチュエータ１１に対し、目標転舵角を得る指令を出力し、ステップＳ９へ移行する。ここで、２つの転舵アクチュエータ１０，１１により角度制御を行うため、操向輪３，３を転舵するのに必要なトルクを得る電流値は、２つの転舵アクチュエータ１０，１１に分配し、例えば、１つの転舵アクチュエータにつき転舵に必要なトルクの半分のトルクが得られる電流値とする。
【００２８】
ステップＳ９では、反力アクチュエータ７に対しステップＳ６にて算出された目標操舵反力トルクを得る指令を出力し、ＲＥＴＵＲＮへ移行する。
【００２９】
ステップＳ１０では、ステップＳ１においてＳＢＷシステムに故障が発生したと判断されたとき、クラッチフラグＦＬＧＣＬがＦＬＧＣＬ＝０であるか否かが判断され、ＹＥＳの場合（ＦＬＧＣＬ＝０）はステップＳ１１へ移行し、ＮＯの場合（ＦＬＧＣＬ＝１）はステップＳ１３へ移行する。
【００３０】
ステップＳ１１では、故障発生部位の制御を中止し、さらに、クラッチ駆動回路１９を作動させてクラッチ５を接続し、同時に、操舵角センサ６に対してピニオン角センサ１２を同じ値にリセットし、ステップＳ１２へ移行する。
【００３１】
ステップＳ１２では、クラッチフラグＦＬＧＣＬをＦＬＧＣＬ＝１（クラッチ５の接続状態を表す）にセットし、ステップＳ１３へ移行する。
【００３２】
ステップＳ１３では、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２のセンサ信号を読み込み、ステップＳ１４へ移行する。
【００３３】
ステップＳ１４では、操舵角センサ信号に基づく操舵角検出値とピニオン角センサ信号に基づく転舵角検出値との角度偏差を演算し、ステップＳ１５へ移行する（角度偏差演算手段）。
【００３４】
ステップＳ１５では、ステップＳ１４にて演算された角度偏差と、ステップＳ１５の枠内に記載されたアシストトルクマップを用いてモータ指令電流を演算し、このモータ指令電流を第１，第２転舵アクチュエータ１０，１１の少なくとも一方に出力し、ＲＥＴＵＲＮへ移行する。第１，第２転舵アクチュエータ１０，１１の両方に出力する場合、正常時と同様に動作させることが可能であり、両転舵アクチュエータ１０，１１のどちらか一方に出力する場合は、片方の転舵アクチュエータで操向輪３，３を転舵するのに必要なトルクを得ることになる。
ここで、アシストトルクマップは、角度偏差が小さい領域では角度偏差が大きくなるにしたがって比例的にアシストトルクを増大し、角度偏差が大きくなるにしたがってアシストトルクの増大勾配が小さくなるように設定している。なお、このアシストトルクマップは、角度偏差と車速に応じて変化するマップとしても良いし、角度偏差と他の車両状態に応じて変化するマップとしても良い。
【００３５】
［ＳＢＷシステムの正常時］
ＳＢＷシステムの正常時には、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ９へと進む流れとなる。
【００３６】
すなわち、操作部２に設けられたクラッチ５の解放制御と（ステップＳ２）、転舵部４に設けられた第１転舵アクチュエータ１０及び第２転舵アクチュエータ１１に対する角度制御と（ステップＳ７，Ｓ８）、操作部２に設けられた反力アクチュエータ７に対する操舵反力制御と（ステップＳ９）、が行われる。
【００３７】
よって、ステアリングホイール１と操向輪３，３とが機械的に切り離されているステア・バイ・ワイヤ方式を生かし、操舵時には、ドライバーのステアリングホイール１に対する操作量や操作速度等に応じ、最適な舵角比により操向輪３，３を転舵することができる。
【００３８】
また、機械的に連結されている操舵装置の場合、路面と操向輪との間に発生する転舵抵抗による操舵反力がドライバーに与えられるのに対し、ステアリングホイールと操向輪とが機械的に切り離されているステア・バイ・ワイヤ方式では、操舵反力がステアホイールに伝達されなく、操舵違和感をドライバーに与える。これに対し、本実施例の車両用操舵装置は、機械的に連結されている操舵装置と同様の操舵反力が、反力アクチュエータ７によりステアリングホイール１を介してドライバーに与えられる。
【００３９】
［ＳＢＷシステムの故障時］
ＳＢＷシステムの故障時であって、最初の制御起動時には、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１０→ステップＳ１１→ステップＳ１２→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５へと進む流れとなり、ステップＳ１２では、クラッチフラグＦＬＧＣＬがＦＬＧＣＬ＝０からＦＬＧＣＬ＝１へと書き替えられる。
【００４０】
そして、次回からの制御起動では、図２のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ１０→ステップＳ１３→ステップＳ１４→ステップＳ１５へと進む流れが繰り返されることになり、ステップＳ１３では、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２のセンサ信号が読み込まれ、ステップＳ１４では、操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差が演算され、ステップＳ１５では、角度偏差とアシストトルクマップを用いてモータ指令電流が演算され、このモータ指令電流が正常である両転舵アクチュエータ１０，１１のうち、正常である転舵アクチュエータに出力される。
【００４１】
よって、ＳＢＷシステムの故障時であっても、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２と両転舵アクチュエータ１０，１１のうち少なくとも一方のアクチュエータが正常である限り、角度偏差という操舵トルクの推定情報を用いて、ドライバーの操舵負担を軽減する適切なアシストトルクを付与することができる。
【００４２】
［ＳＢＷシステム故障時のアシストトルク付与作用］
特開平２００２−１４５０９８号公報によると、ＳＢＷシステムにおいて、複数ある転舵アクチュエータと反力アクチュエータが故障した場合、ステアリングホイールと舵取り機構をクラッチ機構によって機械的に接続する。その後、ステアリングホイールの近傍に設置したトルクセンサによってドライバーの操舵トルクを検知し、前記転舵アクチュエータや反力アクチュエータのうち、正常に制御可能なアクチュエータを用いて、操舵トルクに応じたアシストトルクを付与し、ドライバーの負担を軽減するとしている。
しかしながら、実際には、ステアリングホイールの近傍にトルクセンサを設置することは、コストの上昇や搭載スペースが取れない等、非常に困難である。
【００４３】
これに対し、本発明は、上記のようなステアリングホイール近傍のトルクセンサに頼ることなく、クラッチの接続により機械的に連結される操舵トルク伝達系の経路上に、ケーブル機構等の低剛性部材を配置することを特徴とするものである。
その理由は、操舵トルクに応じて操作部２と転舵部４との間に角度偏差が生じ、その角度偏差は、ＳＢＷシステムに不可欠の操舵角センサ６とピニオン角センサ１２を用いて検出することができるからである。
この検出した角度偏差と部材の剛性から操舵トルクを推定することができる。そして、推定した操舵トルクに応じて、例えば、第１実施例の場合、２個ある転舵アクチュエータ１０，１１のうち、正常な転舵アクチュエータを制御することによって、アシストトルクを付与することができる。
【００４４】
次に、効果を説明する。
第１実施例の車両用操舵装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００４５】
（１）ステアリングホイール１から操向輪３，３に至る操舵系の途中位置に設けられ、機械的に切り離されたステアリングホイール１と操向輪３，３とを連結するクラッチ５を備えた車両用操舵装置において、前記操作部２に設けられ、操舵角を検出する操舵角センサ６と、前記転舵部４に設けられ、転舵角を検出するピニオン角センサ１２と、前記操作部２と転舵部４との間に設けられ、前記クラッチ５がステアリングホイール１と操向輪３，３とを連結した時に、ステアリングホイール１により入力される操舵トルクを操向輪３，３に伝達するとともに、該操舵トルクにより弾性変形する部材と、前記部材が変形することにより発生する操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差を演算する角度偏差演算ステップＳ１４と、を備えた構成としたため、操作入力手段であるステアリングホイール１の近傍にトルクセンサを設けることのない低コスト・省スペースのシステムとしながら、ＳＢＷシステムに既設の操舵角センサ６とピニオン角センサ１２を用いた操舵トルクの推定により、クラッチ４の接続時、最適な操作アシストトルクを付与することができる。
【００４６】
（２）前記部材を２本のケーブル状部材とし、該２本のケーブル部材は、前記操作部２に設けられた第１ケーブルリール１５ａと、前記転舵部４に設けられた第２ケーブルリール１５ｂとにそれぞれ互いに逆方向に巻き付けられた状態で操作部２と転舵部４を連結するため、クラッチ５が接続されるＳＢＷシステムの故障時に、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２により角度偏差が検知ができる変形量と、しっかりした操舵感と、を両立する剛性を容易に得ることができる。
【００４７】
（３）前記操作部２に設けられた反力アクチュエータ７及びクラッチ５と、前記転舵部４に設けられた第１転舵アクチュエータ１０及び第２転舵アクチュエータ１１と、これらのアクチュエータ７，１０，１１及びクラッチ５を制御するステア・バイ・ワイヤコントローラ１７と、を有してＳＢＷシステムを構成し、前記ステア・バイ・ワイヤコントローラ１７は、ＳＢＷシステムに故障が発生すると、前記クラッチ５を接続する指令を出力すると共に、前記角度偏差演算ステップＳ１４により演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を、２つの転舵アクチュエータ１０，１１の少なくとも一方に出力する構成としたため、ＳＢＷシステムの故障時、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２が正常で両転舵アクチュエータ１０，１１のうち少なくとも一方の転舵アクチュエータが正常である限り、操舵トルク推定情報を用いて、ドライバーの操舵負担を軽減する適切なアシストトルクを付与することができる。
【００４８】
（第２実施例）
第２実施例は、ＳＢＷシステム（反力アクチュエータ＋転舵アクチュエータ）と油圧パワーステアリングシステム（以下、油圧ＰＳシステムという。）とを組み合わせた例である。
【００４９】
構成を説明すると、図３において、１はステアリングホイール（操作入力手段）、２は操作部、３は操向輪、４は転舵部、５はクラッチ、６は操舵角センサ、７は反力アクチュエータ、８は第１コラムシャフト（操舵軸）、９は第２コラムシャフト（操舵軸）、１０は転舵アクチュエータ、１２はピニオン角センサ（転舵角センサ）、１３はピニオンシャフト（転舵軸）、１４’は油圧パワーステアリング機構（油圧アシスト機構）、１５はケーブル機構、１６は車速センサ、１７はステア・バイ・ワイヤコントローラ、１８は反力アクチュエータ駆動回路、１９はクラッチ駆動回路、２０は転舵アクチュエータ駆動回路、２２は油圧パワーステアリングコントローラ、２３はエンジン回転数センサ、２４はソレノイドバルブ、２５はロータリバルブ、２６はパワーステアリングポンプ（オイルポンプ）、２７はリザーバータンクである。
【００５０】
この第２実施例は、転舵アクチュエータ１０が１つのＳＢＷシステムに、車速感応式の電子制御による油圧ＰＳシステムを組み合わせたものであり、正常時は転舵アクチュエータ１０による角度制御に対し、油圧ＰＳシステムがアシストトルクを付与する。
【００５１】
前記ステア・バイ・ワイヤコントローラ１７は、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２からのセンサ信号と、油圧パワーステアリングコントローラ２２からの車速情報と油圧ＰＳシステムの故障情報を入力し、前記操作部２に設けられた反力アクチュエータ７及びクラッチ５と、前記転舵部４に設けられた転舵アクチュエータ１０を制御する。
【００５２】
前記油圧ＰＳシステムは、前記転舵部４に設けられた油圧パワーステアリング機構１４’と、該油圧パワーステアリング機構１４’への油圧を制御するロータリバルブ２５と、該ロータリバルブ２５への油圧供給源であるパワーステアリングポンプ２６及びリザーバタンク２７と、車速センサ１６とエンジン回転数センサ２３からのセンサ信号を入力する油圧パワーステアリングコントローラ２２と、該油圧パワーステアリングコントローラ２２からの指令によりバルブ開度が無段階に制御されるソレノイドバルブ２４と、を有して構成される。
【００５３】
前記ステア・バイ・ワイヤコントローラ１７には、ＳＢＷシステムの故障発生に基づき前記クラッチ５を接続する指令を出力し、該クラッチ５が接続している状態で油圧ＰＳシステムに故障が発生すると、演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を前記転舵アクチュエータ１０に出力するフェイルセーフ制御部を有する。なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、図面に同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
次に、作用を説明する。
【００５５】
［ステア・バイ・ワイヤ制御処理］
図４は第２実施例のステア・バイ・ワイヤコントローラ１７により実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００５６】
ステップＳ２１では、各駆動回路１８，１９，２０の故障診断等により、ＳＢＷシステムに故障が発生したか否かが判断され、ＮＯの場合（正常時）はステップＳ２２へ移行し、ＹＥＳの場合（故障発生時）はステップＳ２９へ移行する。
【００５７】
ステップＳ２２では、解放されていたクラッチ５の解放を維持、もしくは、接続されていたクラッチ５を解放し、ステップＳ２３へ移行する。
【００５８】
ステップＳ２３では、クラッチ５の接続・解放を示すクラッチフラグＦＬＧＣＬをＦＬＧＣＬ＝０とすると共に、油圧ＰＳシステムの正常・故障を判断し、正常ならば油圧ＰＳシステムの正常・故障を示すＰＳシステムフラグＦＬＧＰＳをＦＬＧＰＳ＝０（油圧ＰＳシステムの正常を表す。）とし、ステップＳ２４へ移行する。
【００５９】
ステップＳ２４では、操舵角センサ６、ピニオン角センサ１２及び車速センサ１６からのセンサ信号を読み込み、ステップＳ２５へ移行する。
【００６０】
ステップＳ２５では、操舵角と、操舵角等に応じてマップや演算等により決められた舵角比（操舵角と転舵角の比）により、目標転舵角を算出し、ステップＳ２６へ移行する。
【００６１】
ステップＳ２６では、操舵角と車速により、操舵状況や車両状態に応じて最適な目標操舵反力トルクを算出し、ステップＳ２７へ移行する。
【００６２】
ステップＳ２７では、転舵アクチュエータ１０に対し、実転舵角を目標転舵角に一致させる指令を出力し、ステップＳ２８へ移行する。
【００６３】
ステップＳ２８では、反力アクチュエータ７に対しステップＳ２６にて算出された目標操舵反力トルクを得る指令を出力し、ＲＥＴＵＲＮへ移行する。
【００６４】
ステップＳ２９では、ステップＳ２１においてＳＢＷシステムに故障が発生したと判断されたとき、クラッチフラグＦＬＧＣＬがＦＬＧＣＬ＝０であるか否かが判断され、ＹＥＳの場合（ＦＬＧＣＬ＝０）はステップＳ３０へ移行し、ＮＯの場合（ＦＬＧＣＬ＝１）はステップＳ３２へ移行する。
【００６５】
ステップＳ３０では、故障発生部位の制御を中止し、さらに、クラッチ駆動回路１９を作動させてクラッチ５を接続し、同時に、操舵角センサ６に対してピニオン角センサ１２を同じ値にリセットし、ステップＳ３１へ移行する。
【００６６】
ステップＳ３１では、クラッチフラグＦＬＧＣＬをＦＬＧＣＬ＝１（クラッチ５の接続状態を表す）にセットし、ステップＳ３２へ移行する。
【００６７】
ステップＳ３２では、油圧パワーステアリングコントローラ２２からの故障情報に基づき、油圧ＰＳシステムに故障が発生したか否かが判断され、ＹＥＳの場合（油圧ＰＳシステム故障）はステップＳ３３へ移行し、ＮＯの場合（油圧ＰＳシステム正常）はＲＥＴＵＲＮへ移行する。
【００６８】
ステップＳ３３では、ステップＳ３２において油圧ＰＳシステムに故障が発生したと判断されたとき、ＰＳシステムフラグＦＬＧＰＳがＦＬＧＰＳ＝０であるか否かが判断され、ＹＥＳの場合（ＦＬＧＰＳ＝０）はステップＳ３４へ移行し、ＮＯの場合（ＦＬＧＰＳ＝１）はステップＳ３５へ移行する。
【００６９】
ステップＳ３４では、ＰＳシステムフラグＦＬＧＰＳをＦＬＧＰＳ＝１（油圧ＰＳシステムの故障を表す）にセットし、ステップＳ３５へ移行する。
【００７０】
ステップＳ３５では、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２のセンサ信号を読み込み、ステップＳ３６へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３６では、操舵角センサ信号に基づく操舵角検出値とピニオン角センサ信号に基づく転舵角検出値との角度偏差を演算し、ステップＳ３７へ移行する（角度偏差演算手段）。
【００７２】
ステップＳ３７では、ステップＳ３６にて演算された角度偏差と、ステップＳ３７の枠内に記載されたアシストトルクマップを用いてモータ指令電流を演算し、このモータ指令電流を転舵アクチュエータ１０に出力し、ＲＥＴＵＲＮへ移行する。
【００７３】
［ＳＢＷシステムの正常時］
ＳＢＷシステムの正常時には、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３→ステップＳ２４→ステップＳ２５→ステップＳ２６→ステップＳ２７→ステップＳ２８へと進む流れとなる。
【００７４】
すなわち、操作部２に設けられたクラッチ５の解放制御と（ステップＳ２２）、転舵部４に設けられた転舵アクチュエータ１０に対する角度制御と（ステップＳ２７）、操作部２に設けられた反力アクチュエータ７に対する操舵反力制御と（ステップＳ２８）、が行われる。
【００７５】
よって、ステアリングホイール１と操向輪３，３とが機械的に切り離されているステア・バイ・ワイヤ方式を生かし、操舵時には、ドライバーのステアリングホイール１に対する操作量や操作速度等に応じ、最適な舵角比により操向輪３，３を転舵することができる。このとき、アシストトルクは油圧ＰＳシステムにより付与される。さらに、機械的に連結されている操舵装置と同様の操舵反力が、反力アクチュエータ７によりステアリングホイール１を介してドライバーに与えられる。
【００７６】
［ＳＢＷシステム故障で油圧ＰＳシステム正常時］
ＳＢＷシステム故障時で、油圧ＰＳシステム正常時であって、最初の制御起動時には、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２９→ステップＳ３０→ステップＳ３１→ステップＳ３２→ＲＥＴＵＲＮへと進む流れとなり、ステップＳ３１では、クラッチフラグＦＬＧＣＬがＦＬＧＣＬ＝０からＦＬＧＣＬ＝１へと書き替えられる。
【００７７】
そして、次回からの制御起動では、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２９→ステップＳ３２→ＲＥＴＵＲＮへと進む流れが繰り返されることになり、クラッチ５を接続した状態で、転舵アクチュエータ１０に対する角度制御も反力アクチュエータ７に対する操舵反力制御も中止される。
【００７８】
よって、操舵部２と転舵部４とが機械的に連結されている操舵装置と同様に、ドライバーのステアリングホイール１に対する操作力により操向輪３，３が転舵され、この操舵時には操舵反力が操向輪３，３側から与えられる。このとき、油圧ＰＳシステムが正常である限り、油圧ＰＳシステムを用いて、ドライバーの操舵負担を軽減する適切なアシストトルクを付与することができる。
【００７９】
ここで、ＳＢＷシステムを、１つの転舵アクチュエータ１０のみのシステムとしたのは、一般に油圧ＰＳシステムの信頼性は高く、転舵アクチュエータを２重系にする必要性が低いことによる。
【００８０】
［ＳＢＷシステムと油圧ＰＳシステムとが共に故障時］
ＳＢＷシステムと油圧ＰＳシステムとが共に故障を発生した時であって、最初の制御起動時には、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２９→ステップＳ３０→ステップＳ３１→ステップＳ３２→ステップＳ３３→ステップＳ３４→ステップＳ３５→ステップＳ３６→ステップＳ３７へと進む流れとなり、ステップＳ３１では、ＳＢＷシステムフラグＦＬＧＣＬがＦＬＧＣＬ＝０からＦＬＧＣＬ＝１へと書き替えられる。ステップＳ３４では、ＰＳシステムフラグＦＬＧＰＳがＦＬＧＰＳ＝０からＦＬＧＰＳ＝１へと書き替えられる。
【００８１】
そして、次回からの制御起動では、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２９→ステップＳ３２→ステップＳ３３→ステップＳ３５→ステップＳ３６→ステップＳ３７→ＲＥＴＵＲＮへと進む流れが繰り返されることになる。
【００８２】
つまり、ステップＳ３５では、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２のセンサ信号が読み込まれ、ステップＳ３６では、操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差が演算され、ステップＳ３７では、角度偏差とアシストトルクマップを用いてモータ指令電流が演算され、このモータ指令電流が転舵アクチュエータ１０に出力される。
【００８３】
よって、ＳＢＷシステムの故障時で、かつ、油圧ＰＳシステム故障時であっても、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２と転舵アクチュエータ１０が正常である限り、角度偏差という操舵トルクの推定情報を用いて、ドライバーの操舵負担を軽減する適切なアシストトルクを付与することができる。
【００８４】
次に、効果を説明する。
この第２実施例の車両用操舵装置にあっては、第１実施例の（１），（２）の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００８５】
（４）前記操作部２に設けられた反力アクチュエータ７及びクラッチ５と、前記転舵部４に設けられた転舵アクチュエータ１０と、これらのアクチュエータ７，１０及びクラッチ５を制御するステア・バイ・ワイヤコントローラ１７と、を有してＳＢＷシステムを構成し、前記転舵部２に設けられた油圧パワーステアリング機構１４’と、該油圧パワーステアリング機構１４’への油圧を制御するロータリバルブ２５と、該ロータリバルブ２５への油圧供給源であるパワーステアリングポンプ２６と、を有して油圧ＰＳシステムを構成し、前記ＳＢＷコントローラ１７は、ＳＢＷシステムの故障発生に基づき前記クラッチ５を接続する指令を出力し、該クラッチ５が接続している状態で油圧ＰＳシステムに故障が発生すると、角度偏差演算ステップＳ３６により演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を前記転舵アクチュエータ１０に出力する構成としたため、ＳＢＷシステムの故障時で、かつ、油圧ＰＳシステム故障時であっても、操舵角センサ６とピニオン角センサ１２と転舵アクチュエータ１０が正常である限り、操舵トルクの推定情報を用いて、ドライバーの操舵負担を軽減する適切なアシストトルクを付与することができる。
加えて、正常時においてアシストトルクを油圧ＰＳシステムで分担するので、転舵アクチュエータ１０の出力を、第１実施例よりも小さな出力とすることが可能である。また、ＳＢＷシステムのみの故障発生時には、クラッチ５を接続するだけで、油圧ＰＳシステムによりアシスト力を付与することができるため、転舵アクチュエータを第１実施例のように２重系にする必要性が低下し、転舵アクチュエータの数を削減することができる。
【００８６】
以上、本発明の車両用操舵装置を第１実施例及び第２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。
【００８７】
例えば、第１実施例及び第２実施例では、弾性変形する低剛性部材としてケーブルの例を示したが、クラッチの接続時に伝達される操舵トルクにより弾性変形する低剛性部材であれば、例えば、操舵トルクにより捩られるトーションバーやラバーカップリング等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車両用操舵装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例のステア・バイ・ワイヤコントローラにより実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】第２実施例の車両用操舵装置を示す全体システム図である。
【図４】第２実施例のステア・バイ・ワイヤコントローラにより実行されるステア・バイ・ワイヤ制御処理の流れを示す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（操作入力手段）
２操作部
３操向輪
４転舵部
５クラッチ
６操舵角センサ
７反力アクチュエータ
８第１コラムシャフト（操舵軸）
９第２コラムシャフト（操舵軸）
１０第１転舵アクチュエータ
１１第２転舵アクチュエータ
１２ピニオン角センサ（転舵角センサ）
１３ピニオンシャフト（転舵軸）
１４ステアリング機構
１５ケーブル機構（低剛性部材）
１６車速センサ
１７ステア・バイ・ワイヤコントローラ
１８反力アクチュエータ駆動回路
１９クラッチ駆動回路
２０第１転舵アクチュエータ駆動回路
２１第２転舵アクチュエータ駆動回路

Claims

操作入力手段を有する操作部と、
操向輪を転舵する転舵部と、
前記操作入力手段から前記操向輪に至る操舵系の途中位置に設けられ、機械的に切り離された前記操作入力手段と前記操向輪とを連結するクラッチを備えた車両用操舵装置において、
前記操作部に設けられ、操舵角を検出する操舵角センサと、
前記転舵部に設けられ、転舵角を検出する転舵角センサと、
前記操作部と転舵部との間に設けられ、前記クラッチが前記操作入力手段と操向輪とを連結した時に、前記操作入力手段により入力される操舵トルクを前記操向輪に伝達するとともに、該操舵トルクにより弾性変形する部材と、
前記部材が変形することにより発生する操舵角検出値と転舵角検出値との角度偏差を演算する角度偏差演算手段と、
を備えたことを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１に記載された車両用操舵装置において、
前記部材を２本のケーブル状部材とし、該２本のケーブル部材は、前記操作部に設けられた第１ケーブルリールと、前記転舵部に設けられた第２ケーブルリールとにそれぞれ互いに逆方向に巻き付けられた状態で前記操作部と前記転舵部を連結することを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操作部に設けられた反力アクチュエータと、前記転舵部に設けられた第１転舵アクチュエータ及び第２転舵アクチュエータと、これらのアクチュエータ及び前記クラッチを制御するステア・バイ・ワイヤコントローラと、を有してステア・バイ・ワイヤシステムを構成し、
前記ステア・バイ・ワイヤコントローラは、ステア・バイ・ワイヤシステムに故障が発生すると、前記クラッチを接続する指令を出力すると共に、前記角度偏差演算手段により演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を、２つの転舵アクチュエータの少なくとも一方に出力することを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１または請求項２に記載された車両用操舵装置において、
前記操作部に設けられた反力アクチュエータと、前記転舵部に設けられた転舵アクチュエータと、これらのアクチュエータ及び前記クラッチを制御するステア・バイ・ワイヤコントローラと、を有してステア・バイ・ワイヤシステムを構成し、
前記転舵部に設けられた油圧アシスト機構と、該油圧アシスト機構への油圧を制御するバルブと、該バルブへの油圧供給源であるオイルポンプと、を有して油圧パワーステアリングシステムを構成し、
前記ステア・バイ・ワイヤコントローラは、ステア・バイ・ワイヤシステムの故障発生に基づき前記クラッチを接続する指令を出力し、該クラッチが接続している状態で油圧パワーステアリングシステムに故障が発生すると、前記角度偏差演算手段により演算された操舵角と転舵角との角度偏差に応じたアシストトルクを得る指令を前記転舵アクチュエータに出力することを特徴とする車両用操舵装置。