JP2006062473A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステヤバイワイヤ方式の操舵装置において、フェイルによりステヤバイワイヤ方式を機械連結方式に切り換える場合でも、運転者が違和感を覚えないようにするとともに車両の操縦安定性を良好に保つ。
【解決手段】 車両の操舵装置は、電磁クラッチ１５の切断状態にてステヤバイワイヤ方式に設定され、操舵ハンドル１１の操舵操作に応答して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は電動モータ２１，２２の作動により転舵される。電動モータ２１，２２をそれぞれ含む第１および第２転舵制御系統の一方のフェイル時に、操舵ハンドル１１の操舵操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性を、ステヤバイワイヤ用の転舵特性から機械連結式の転舵特性に徐々に変更する。第１および第２転舵制御系統のフェイル時、または前記転舵特性の変更処理後に、電磁クラッチ１５を接続状態に設定して、操舵装置を機械連結式に切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪を転舵する車両の操舵装置に関する。

従来から、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に分離し、操舵ハンドルの操舵操作時に転舵輪側に設けた転舵アクチュエータを電気的に制御して、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪を転舵するステヤバイワイヤ方式を採用した車両の操舵装置はよく知られている。そして、この種の操舵装置においては、例えば下記特許文献１に示されているように、転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になる場合を想定し、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に連結する操舵伝達機構を設けるとともに、同操舵伝達機構内にこの機械的な連結および非連結を選択的に切換え制御可能な電磁クラッチを介装しておき、この電磁クラッチを切断状態に設定した状態で、前記転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵を可能としている。そして、転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になった場合には、電磁クラッチを接続状態に切り換え、操舵ハンドルの操舵操作を転舵輪に機械的に伝達して、操舵ハンドルの操舵操作に応じて転舵輪が転舵されるようにしている。

また、下記特許文献１には、２個の転舵アクチュエータを設けておき、一方の転舵アクチュエータによる転舵が不能になったとき、電磁クラッチを接続状態に切り換えると同時に、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストするように他方の転舵アクチュエータの作動を切り換えることも記載されている。
特開２００２−１４５０９８号公報

しかし、上記従来の装置にあっては、ステヤバイワイヤ方式時の転舵アクチュエータによる操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性は、操舵伝達機構を介した機械的連結による操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性とは異なる。例えば、ステヤバイワイヤ方式の場合、通常、操舵ハンドルを持ち替えずに転舵輪を大転舵角まで転舵できるように、ハンドル操舵角に対する転舵輪の転舵角特性を設定している。また、ステヤバイワイヤ方式の場合、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結されていない特長を利用して、操縦性、走行安定性などの向上のために、ハンドル操舵角に対する転舵輪の転舵角特性を車速に応じて変化させるような、機械的連結方式で実現することは困難なことも行っている。したがって、上記従来装置のように、転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になったとき、ステヤバイワイヤ方式から機械連結方式に急に切り換えてしまうと、運転者は転舵特性の変化に対して違和感を覚えるとともに、運転者の不慣れな運転操作のために車両の操縦安定性が悪化することもある。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、本発明の目的は、ステヤバイワイヤ方式から機械連結方式に切り換える場合でも、運転者が違和感を覚えないようにするとともに車両の操縦安定性が良好に保たれる車両の操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に連結して操舵ハンドルの操舵操作を機械的に転舵輪に伝達し、操舵ハンドルの操舵操作に対して所定の第１特性で転舵輪を転舵する操舵伝達機構と、接続状態にて操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に連結するとともに切断状態にて前記機械的な連結を解除する断続器と、操舵伝達機構内において断続器に対して転舵輪側に設けられ、断続器が切断状態にあるとき転舵輪を転舵する第１および第２転舵アクチュエータと、操舵ハンドルの操舵操作に応じて第１および第２転舵アクチュエータの作動を制御し、操舵ハンドルの操舵操作に対して第１特性とは異なる所定の第２特性で転舵輪を転舵する転舵制御手段と、第１および第２転舵アクチュエータのうちのいずれか一方の転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になったことを検出するフェイル検出手段と、フェイル検出手段によって一方の転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になったことが検出されたとき、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が第２特性から第１特性に徐々に近づくように、第１および第２転舵アクチュエータのうちの他方の転舵アクチュエータの作動を制御する転舵特性切換え制御手段とを設けたことにある。

この場合、転舵特性切換え制御手段を、例えば、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が、操舵ハンドルの操舵操作に関係して徐々に変更されるように構成するとよい。より具体的には、操舵ハンドルの操舵角が所定舵角以上に操舵された回数が増加するに従って、または所定角以上に操舵されている時間が増加するに従って、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性の変化量が増加するようにする。また、これに加えて、操舵されたときの操舵ハンドルの操舵角が大きいほど、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性の変化量が大きくなるようにする。また、転舵特性切換え制御手段を、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が、時間経過に従って徐々に変更されるように構成してもよい。さらに、転舵特性切換え制御手段を、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が、イグニッションスイッチがオン操作された回数に関係して徐々に変更されるよう構成してもよい。より具体的には、イグニッションスイッチがオン操作するごとに、またはイグニッションスイッチが所定回数だけオン操作されるごとに、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性を変更するようにする。

これによれば、他方のアクチュエータによる転舵輪の転舵制御が不能になったときに断続器が接続状態に設定される場合でも、後述のように転舵特性切換え制御手段による他方の転舵アクチュエータの制御後に自動的に断続器が接続状態に設定される場合でも、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が第２特性から第１特性に徐々に近づく。したがって、断続器が接続状態に設定された状態では、運転者は徐々に変化する転舵特性に慣れてきており、運転者は転舵特性の変化に対して違和感を覚えることがなくなるとともに、車両の操縦安定性も良好に保たれる。また、この徐々に変化する転舵特性により、運転者は転舵アクチュエータの異常を認識できるという効果も期待される。

また、本発明の他の特徴は、前記車両の操舵装置において、さらに、転舵特性切換え制御手段による他方の転舵アクチュエータの制御後に、断続器を接続状態に設定する接続制御手段を設けたことにある。これによれば、他方のアクチュエータのみの過酷な使用によって同他方のアクチュエータに異常が発生する前に、操舵ハンドルが操舵伝達機構を介して転舵輪に自動的に機械連結されるので、車両の良好なフェイルセーフが確保される。

また、本発明の他の特徴は、さらに、接続制御手段によって断続器が接続状態に設定された後、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストするように、他方の転舵アクチュエータの作動を制御するアシスト制御手段を設けたことにある。これによれば、操舵ハンドルが操舵伝達機構を介して転舵輪に自動的に機械連結された後には、運転者による操舵ハンドルの操舵操作が他方のアクチュエータの作動によりアシストされるので、運転者は操舵ハンドルを軽快に操舵操作することができるようになる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明すると、図１は、本発明に係る車両の操舵装置の全体概略図である。

この車両の操舵装置は、操舵ハンドル１１に上端を一体回転するように接続したステアリングシャフト１２を備え、同シャフト１２の下端にはピニオンギヤ１３が一体回転するように接続されている。ピニオンギヤ１３は、ラックバー１４に形成されたラック歯と噛み合ってラックアンドピニオン機構を構成する。ラックバー１４の両端には左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵可能に接続されており、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２はステアリングシャフト１２の軸線回りの回転に伴うラックバー１４の軸線方向の変位に応じて左右に転舵される。これらのステアリングシャフト１２、ピニオンギヤ１３、ラックバー１４などが、本発明の操舵伝達機構を構成する。

ステアリングシャフト１２には、断続器としての電磁クラッチ１５が介装されている。電磁クラッチ１５は、非通電状態にて切断状態に設定され、ステアリングシャフト１２を上部と下部とに切り離す。また、電磁クラッチ１５は、通電状態にて接続状態に設定され、ステアリングシャフト１２の上部と下部とを機械的に連結する。また、ステアリングシャフト１２には、電磁クラッチ１５と操舵ハンドル１１との間にて操舵反力用の電動モータ１６も組み付けられている。この電動モータ１６は、電磁クラッチ１５の切断状態にて、操舵ハンドル１１の操舵操作に対して操舵反力を付与する。ラックバー１４には、転舵アシスト用の電動モータ２１，２２が組み付けられている。電動モータ２１，２２の回転は、ねじ送り機構２４，２５によって減速されるとともにラックバー１４の直線運動に変換される。

次に、電磁クラッチ１５および電動モータ１６，２１，２２の作動を制御する電気制御装置３０について説明する。電気制御装置３０は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２および車速センサ３３を備えている。操舵角センサ３１は、ステアリングシャフト１２の上部である操舵ハンドル１１と電動モータ１６との間に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの軸線周りの回転角を検出してハンドル操舵角θとして出力する。転舵角センサ３２は、ラックバー１４の外周上にて図示しないハウジングに組み付けられ、ラックバー１４の中立位置からの軸線方向の変位量を検出して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の実転舵角δとして出力する。なお、これらのハンドル操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、右方向の角度を正の値で、左方向の角度を負の値でそれぞれ表す。車速センサ３３は、車速Ｖを検出して出力する。

また、電気制御装置３０は、互いに接続された第１転舵用電子制御ユニット（以下、第１転舵用ＥＣＵという）３４、第２転舵用電子制御ユニット（以下、第２転舵用ＥＣＵという）および操舵反力用電子制御ユニット（以下、操舵反力用ＥＣＵという）３６を備えている。第１転舵用ＥＣＵ３４および第２転舵用ＥＣＵ３５には、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２および車速センサ３３がそれぞれ接続されている。操舵反力用ＥＣＵ３６には、操舵角センサ３１および車速センサ３３が接続されている。これらのＥＣＵ３４〜３６は、いずれもＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としている。

第１転舵用ＥＣＵ３４は、図２の第１系統制御プログラム（図４の切換え制御ルーチンを含む）を所定の短時間ごとに繰り返し実行することにより、駆動回路３７を介して電動モータ２１の作動を制御するとともに、スイッチ回路４１を制御する。第２転舵用ＥＣＵ３５は、図３の第２系統制御プログラム（図４の切換え制御ルーチンを含む）を所定の短時間ごとに繰り返し実行することにより、駆動回路３８を介して電動モータ２２の作動を制御するとともに、スイッチ回路４２を制御する。操舵反力用ＥＣＵ３６は、図示しない操舵反力制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行することにより、駆動回路３９を介して電動モータ１６の作動を制御する。駆動回路３７〜３９は、ＥＣＵ３４〜３６により制御されて、電動モータ２１，２２，１６を駆動制御する。スイッチ回路４１，４２は、図示しない電源回路と電磁クラッチ１５との間に直列接続されていて、電源回路から電磁クラッチ１５への通電および非通電を制御する。

次に、上記のように構成した実施形態の動作について説明する。第１および第２転舵用ＥＣＵ３４，３５は、イグニッションスイッチの投入により、第１および第２系統制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行し始める。また、操舵反力用ＥＣＵ３６は、図示しない操舵反力制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行し始める。

第１系統制御プログラムの実行は図２のステップＳ１０にて開始され、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１１にて第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”であるかを判定する。この第１フェイルフラグＦＡＬ１は、“０”により電動モータ２１および駆動回路３７を含む第１転舵制御系統による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が可能状態にあることを表し、“１”により同第１転舵制御系統による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が不能状態にあること（すなわち第１転舵制御系統のフェイル状態）を表している。なお、この第１フェイルフラグＦＡＬ１は、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第１転舵用ＥＣＵ３４の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持されるものである。

まず、第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”である状態について説明すると、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１１にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１２にて第１転舵制御系統がフェイルしているかを判定する。この場合、第１転舵用ＥＣＵ３４は、電動モータ２１の断線、短絡、その他の異常を駆動回路３７からの信号を入力して、電動モータ２１および駆動回路３７を含む第１転舵制御系統に異常が発生しているかを判定する。次に、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１３にて前記ステップＳ１２の処理によってフェイルが検出されたかを判定する。この場合も、ステップＳ１２，Ｓ１３の判定処理によってフェイルが検出されなかった場合について説明を続ける。このステップＳ１３での「Ｎｏ」との判定後、第１転舵用ＥＣＵ３４はステップＳ１４にて第１フェイルフラグＦＡＬ１を“０”に設定して、ステップＳ１５以降の処理を実行する。なお、このように第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”に設定されている状態、すなわち第１転舵制御系統にフェイルが発生していない状態では、スイッチ回路４１はオフ状態に初期設定されていて、電磁クラッチ１５は非通電状態にある。したがって、電磁クラッチ１５は切断状態にあり、ステアリングシャフト１２の上部と下部とは切り離されている。

ステップＳ１５においては、第１転舵用ＥＣＵ３４は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２および車速センサ３３から、ハンドル操舵角θ、実転舵角δおよび車速Ｖをそれぞれ入力するとともに、後述するように第２転舵用ＥＣＵ３５から出力される第２フェイルフラグＦＡＬ２を入力する。次に、ステップＳ１６にて、前記入力した第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”であるかを判定する。この第２フェイルフラグＦＡＬ２は、“０”により電動モータ２２および駆動回路３８を含む第２転舵制御系統による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が可能状態にあることを表し、“１”により同第２転舵制御系統による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が不能状態にあること（すなわち第２転舵制御系統のフェイル状態）を表している。なお、この第２フェイルフラグＦＡＬ２も、イグニッションスイッチがオフされても、その値が保持されるように、第２転舵用ＥＣＵ３５の非作動時には不揮発性のメモリ領域に記憶保持されるものである。そして、この場合も、第２転舵制御系統がフェイルしておらず、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”であるとして説明を続ける。

したがって、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１６にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１７以降の処理を実行する。ステップＳ１７においては、ＲＯＭ内に記憶されている第１転舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θに応じて変化するステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を計算し、同計算したステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を目標転舵角δ＊として設定する。第１転舵角テーブルは、図５に実線で示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って非線形に増加するステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を記憶している。このステヤバイワイヤ用の目標転舵角δａ＊のハンドル操舵角θに対する変化率は、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜の小さな範囲内で小さく、ハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が大きくなると大きくなるように設定されている。なお、この第１転舵角テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θとステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を計算するようにしてもよい。

次に、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１８にて、ＲＯＭ内に記憶されている車速係数テーブルを参照して、車速Ｖに応じて変化するステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaをを計算し、同計算したステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaを車速係数Ｋとして設定する。車速係数テーブルは、図６に実線で示すように、車速Ｖの小さな範囲内で「１」よりも大きく、車速Ｖの大きな範囲内で「１」よりも小さく、車速Ｖの増加に従って「１」を挟んで非線形に減少するステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaを記憶している。なお、この車速係数テーブルを利用するのに代えて、車速Ｖとステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaとの関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用してステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaを計算するようにしてもよい。

これらの目標転舵角δ＊および車速係数Ｋの決定後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１９にて、下記式１の演算の実行により、目標転舵角δ＊を車速係数Ｋで補正して最終的な目標転舵角δ＊とする。
δ＊＝Ｋ・δ＊ …式１
そして、ステップＳ２０にて、実転舵角δが最終的な目標転舵角δ＊に等しくなるように、両転舵角δ＊，δの差δ＊−δに応じて駆動回路３７を介して電動モータ２１の回転を制御する。これにより、電動モータ２１は回転駆動され、ねじ送り機構２４を介してラックバー１４を軸線方向に駆動して、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵する。

このような転舵制御により、図５の実線で示すように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、ハンドル操舵角θの小さな範囲で同操舵角θの変化に対して小さく転舵され、ハンドル操舵角θの大きな範囲で同操舵角θの変化に対して大きく転舵される。その結果、操舵ハンドル１１の持ち替えなして左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は大きな転舵角まで転舵される。また、図６の実線で示すように、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、車速Ｖが小さいときにはハンドル操舵角θに対して大きく転舵され、車速Ｖが大きくなるとハンドル操舵角θに対して小さく転舵される。前記ステップＳ２０の処理後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ２１にて第１フェイルフラグＦＡＬ１を第２転舵用ＥＣＵ３５に出力して、ステップＳ２６にて第１系統制御プログラムの実行を終了する。

一方、この第１系統制御プログラムの実行に並行して、第２転舵用ＥＣＵ３５は、図３の第２系統制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行している。この第２系統制御プログラムは、前記第１系統制御プログラムと同様に構成されており、ステップＳ３１〜Ｓ４１の処理は前述したステップＳ１１〜Ｓ２１の処理にそれぞれ対応している。また、第２転舵用ＥＣＵ３５には、前述した第１転舵角テーブル（図５の実線参照）および車速係数テーブル（図６の実線参照）も記憶されている。

そして、ステップＳ３１〜Ｓ４１の処理においては、第２転舵用ＥＣＵ３４は、電動モータ２２の断線、短絡、その他の異常を駆動回路３８からの信号を入力して、電動モータ２２および駆動回路３８を含む第２転舵制御系統に異常が発生しているかを判定する。そして、ステップＳ３３，Ｓ３４の処理により、第２フェイルフラグＦＡＬ２の設定処理を実行する。また、ステップＳ３５〜Ｓ４０の処理により、第１転舵制御系統にフェイルが発生していなくて第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”であることを条件に、第２転舵用ＥＣＵ３５は、駆動回路３８との協働により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を目標転舵角δ＊に転舵する。なお、第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”に設定されている場合には、スイッチ回路４２は、前記スイッチ回路４１の場合と同様に、オフ状態に初期設定されたままである。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、第１および第２転舵制御系統の両者によって並列的に転舵制御される。そして、ステップＳ４１においては、第２転舵用ＥＣＵ３５は、第１転舵用ＥＣＵ３４に対して第２フェイルフラグＦＡＬ２を出力する。

また、このように電磁クラッチ１５が切断状態にある場合には、操舵反力用ＥＣＵは、図示しないプログラムの実行によりハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて操舵反力用の電動モータ１６の作動を駆動回路３９を介して制御する。したがって、この状態では、操舵ハンドル１１の回動操作に対して、電動モータ１６による駆動力が操舵反力として付与される。その結果、運転者は、適度な操舵反力を感じながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。

次に、第１および第２転舵制御系統のうちのいずれか一方、例えば第２転舵制御系統にフェイルが発生した場合について説明する。この場合、第２転舵用ＥＣＵ３５は、図３のステップＳ３３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４２にて第２フェイルフラグＦＡＬ２を“１”に設定し、ステップＳ４３にて電動モータ２２の作動制御を中止して電動モータ２２の作動を停止させる。次に、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ４４にてスイッチ回路４２をオン状態に切り換える。前記ステップＳ４４の処理後、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ４１にて、前記“１”に設定された第２フェイルフラグＦＡＬ２を第１転舵用ＥＣＵ３４に出力して、ステップＳ４６にてこの第２系統制御プログラムの実行を一旦終了する。

そして、第２系統制御プログラムが次に実行された際には、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ３１にて「Ｎｏ」すなわち第２フェイルフラグＦＡＬ２が“０”でないと判定し、前述したステップＳ４３、Ｓ４４，Ｓ４１の処理を実行して、ステップＳ４６にてこの第２系統制御プログラムの実行を終了する。なお、車両停止後のイグニッションスイッチの新たな投入により、第２転舵用ＥＣＵ３５が第２系統制御プログラムを実行する場合にも、第２フェイルフラグＦＡＬ２は“１”に設定されているので、ステップＳ４３，Ｓ４４，Ｓ４１の処理が実行される。したがって、これ以降、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、第１転舵制御系統のみによって転舵制御されるようになるとともに、スイッチ回路４２がオン状態に維持される。

一方、図２の第１制御プログラムにおいては、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１５の処理により“１”に設定されている第２フェイルフラグＦＡＬ２を入力し、ステップＳ１６にて同第２フェイルフラグＦＡＬ２に基づいて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ２５の切換え制御ルーチンを実行し始める。

切換え制御ルーチンは図４に詳細に示されているように、その実行がステップＳ５０にて開始される。そして、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ５１にて操舵ハンドル１１が所定操舵角以上に操舵されたか、すなわちハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が所定値よりも小さな値から所定値以上に変化したかを判定する。より具体的には、前回の切換え制御ルーチンの実行時のハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が所定値未満であり、今回の切換え制御ルーチンの実行時のハンドル操舵角θの絶対値｜θ｜が所定値以上であることを判定する。この条件が成立すれば、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ５１にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ５２〜Ｓ５６の処理の実行後、プログラムをステップＳ５７以降に進める。一方、前記条件が成立しなければ、ステップＳ５１にて「Ｎｏ」と判定してプログラムをステップＳ５７以降に直接進める。

ステップＳ５２においては変数ｍに「１」を加算し、ステップＳ５３にて変数ｍが予め決められた所定値Ｍ以上であるかを判定する。変数ｍは、操舵ハンドル１１が所定操舵角以上に操舵された回数をカウントするもので、初期には「０」に設定されている。所定値Ｍは、後述する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のハンドル操舵角θに対する転舵特性を更新する速さを規定するもので、予め決められた正の整数値に設定されている。いま、変数ｍが所定値Ｍ以上でなければ、ステップＳ５３にて「Ｎｏ」と判定してプログラムをステップＳ５７に進める。変数ｍが所定値Ｍ以上であれば、ステップＳ５３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ５４にて変数ｍを「０」に初期設定し、ステップＳ５５にて変数ｎが所定値Ｎ以上であるかを判定する。変数ｎは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のハンドル操舵角θに対する転舵特性を変更するための変数で、初期には「１」に設定されている。所定値Ｎは、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のハンドル操舵角θに対する転舵特性の変更量を規定するもので、予め決められた正の整数値に設定されている。

いま、変数ｎが所定値Ｎ以上であれば、ステップＳ５５にて「Ｙｅｓ」と判定してプログラムをステップＳ５７に進める。変数ｎが所定値Ｎ以上でなければ、ステップＳ５５にて「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ５６にて変数ｎに「１」を加算して、プログラムをステップＳ５７に進める。これらのステップＳ５１〜５６の処理により、操舵ハンドル１１が所定操舵角以上に操舵された回数がＭ回になるごとに、変数ｎが「１」から順次「１」ずつ所定値Ｎまで増加する。なお、この場合、所定値Ｍを「１」に設定すれば、変数ｎは操舵ハンドル１１が所定操舵角以上に操舵されるごとに「１」ずつ増加する。

ステップＳ５７においては、第1転舵用ＥＣＵ３４が、前記ステップＳ１７の処理と同様にして、ＲＯＭ内に記憶されている第１転舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θに応じて変化するステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を計算し、同計算したステヤバイワイヤ用の目標転舵角δa＊を第１目標転舵角δ1＊として設定する。また、同ステップＳ５７においては、ＲＯＭ内に記憶されている第２転舵角テーブルを参照して、ハンドル操舵角θに応じて変化する機械連結ステア用の目標転舵角δb＊を計算し、同計算した機械連結ステア用の目標転舵角δb＊を第２目標転舵角δ2＊として設定する。第２転舵角テーブルは、図５に破線で示すように、ハンドル操舵角θの増加に従って線形に増加する機械連結ステア用の目標転舵角δb＊を記憶している。なお、この第２転舵角テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θと機械連結ステア用の目標転舵角δb＊との関係を示す関数を予め用意しておき、同関数を利用して機械連結ステア用の目標転舵角δb＊を計算するようにしてもよい。

次に、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ５８にて、前記ステップＳ１８の処理と同様にして、ＲＯＭ内に記憶されている車速係数テーブルを参照して、車速Ｖに応じて変化するステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaを計算し、同計算したステヤバイワイヤ用の車速係数Ｋaを第１車速係数Ｋ1として設定する。また、同ステップＳ５８においては、第２車速係数Ｋ2を定数Ｋbに設定する。この定数Ｋbは、図６に破線で示されているように、「１．０」に設定されている。

これらの第１および第２目標転舵角δ1＊，δ2＊ならびに第１および第２車速係数Ｋ1，Ｋ2の決定後、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ５９にて、下記式２の演算の実行により最終的な目標転舵角δ＊を計算する。
δ＊＝{Ｋ1＋ｎ・(Ｋ2−Ｋ1)/Ｎ}・{δ1＊＋ｎ・(δ2＊−δ1＊)/Ｎ} …式２
この式２の演算の実行により、変数ｎが「１」から所定値Ｎまで変化するに従って、第１目標転舵角δ1＊から第２目標転舵角δ2＊まで徐々に変化する目標転舵角δ＊が計算される。

そして、ステップＳ６０にて、前記ステップＳ２０の処理と同様にして、実転舵角δが前記目標転舵角δ＊に等しくなるように、両転舵角δ＊，δの差δ＊−δに応じて駆動回路３７を介して電動モータ２１の回転を制御する。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は目標転舵角δ＊に転舵される。この場合、前述のように、変数ｎは操舵ハンドル１１の所定操舵角以上の操舵回数の増加に従って「１」から所定値Ｎまで増加し、変数ｎの「１」から所定値Ｎまで増加に従って、目標転舵角δ＊は第１目標転舵角δ1＊から第２目標転舵角δ2＊まで徐々に変化するので、第２転舵制御系統にフェイルが発生した場合には、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は第１制御系統によってステヤバイワイヤ用の第１目標転舵角δ1＊から機械連結ステア用の第２目標転舵角δ2＊まで徐々に変化する。

このような転舵制御により、第１転舵制御系統の負荷が大きくなり、第１制御系統にフェイルが発生した場合には、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２２にて第１フェイルフラグＦＡＬ１を“１”に設定し、ステップＳ２３にて電動モータ２１の作動制御を中止して電動モータ２１の作動を停止させる。次に、第１転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ２４にてスイッチ回路４１をオン状態に切り換える。前記ステップＳ２４の処理後、第１転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ２１にて、前記“１”に設定された第１フェイルフラグＦＡＬ１を第２転舵用ＥＣＵ３４に出力した後、ステップＳ２６にてこの第１系統制御プログラムの実行を一旦終了する。

そして、第１系統制御プログラムが次に実行された際には、第１転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ１１にて「Ｎｏ」すなわち第１フェイルフラグＦＡＬ１が“０”でないと判定し、前述したステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２１の処理を実行して、ステップＳ２６にてこの第１系統制御プログラムの実行を終了する。なお、車両停止後のイグニッションスイッチの新たな投入により、第１転舵用ＥＣＵ３４が第１系統制御プログラムを実行する場合にも、第１フェイルフラグＦＡＬ１は“１”に設定されているので、ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２１の処理が実行される。したがって、これ以降、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、第１および第２転舵制御系統によって転舵制御されなくなるとともに、スイッチ回路４１がオン状態に維持される。

そして、スイッチ回路４１，４２が共にオン状態に設定されるので、電磁クラッチ１５は通電制御されて接続状態に設定される。これにより、ステアリングシャフト１２の上部と下部とは機械的に連結され、操舵ハンドル１１の回動操作は、ステアリングシャフト１２を介してピニオンギヤ１３およびラックバー１４に機械的に伝達されるようになる。その結果、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、操舵ハンドル１１の回動操作により機械的に操舵され、その転舵角δはハンドル操舵角θに対して線形変化する。

このハンドル操舵角θに対する転舵角δの変化特性、すなわち操舵ハンドル１１の操舵操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性は、図５の破線で示すものと同じである。したがって、第１および第２転舵制御系統のフェイルにより、電磁クラッチ１５が切断状態から接続状態に切り換えられて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵がステヤバイワイヤ方式から機械連結方式の転舵に切り換えられても、操舵ハンドル１１の操舵操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性が変化することはないので、運転者は違和感を覚えない。また、この転舵特性は、第２転舵制御系統にフェイルが発生してから、ステヤバイワイヤ方式の転舵特性から機械連結方式の転舵特性に徐々に近づくように変更されるので、運転者は徐々に変化する転舵特性に慣れてきており、運転者は転舵特性の変化に違和感を覚えることがなくなるとともに、車両の操縦安定性も良好に保たれる。また、この徐々に変化する操舵特性により、運転者は転舵アクチュエータの異常を認識できるという効果も期待される。

また、このとき、操舵反力用ＥＣＵ３６は、操舵反力用の電動モータ１６の作動制御を中止して、電動モータ１６による反力付与を停止する。さらに、この電動モータ１６の反力付与の停止に代えて、図示しないプログラムの実行により操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵をアシストするように電動モータ１６の作動を制御するようにしてもよい。

一方、第１転舵制御系統に先にフェイルが発生した場合には、第１転舵用ＥＣＵ３４が、図３のステップＳ１３にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ２２，Ｓ２１の処理により第１フェイルフラグＦＡＬ１を“１”に設定して第２転舵用ＥＣＵ３５に出力するとともに、ステップＳ２３の処理により電動モータ２１による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵を中止する。また、ステップＳ２４の処理により、電磁クラッチ１５用のスイッチ回路４１をオン状態に設定する。

そして、第２転舵用ＥＣＵ３４は、ステップＳ３５，Ｓ３６の処理により、ステップＳ４５の切換え制御ルーチンの実行を開始する。この第２転舵用ＥＣＵ３４による切換え制御ルーチンは、電動モータ２２の作動を制御することを除けば、前記第１転舵用ＥＣＵ３４が実行する図４の切換え制御ルーチンと同じである。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、第２転舵用ＥＣＵにより、ステヤバイワイヤ用の第１目標転舵角δ1＊から機械連結ステア用の第２目標転舵角δ2＊まで徐々に変化する転舵角に転舵される。

また、このような第２転舵用ＥＣＵ３５の転舵制御により、第２転舵制御系統の負荷が大きくなり、第２制御系統にフェイルが発生した場合には、第２転舵用ＥＣＵ３５は、ステップＳ３３にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４３の処理により電動モータ２１の作動を停止させとともに、ステップＳ４４の処理によりスイッチ回路４２をオン状態に切り換える。したがって、この場合も、第１および第２転舵制御系統のフェイルにより、電磁クラッチ１５が切断状態から接続状態に切り換えられ、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵がステヤバイワイヤ方式から機械連結方式の転舵に切り換えられる。このように作動する結果、第１転舵制御系統に先にフェイルが発生した場合にも、上述した第２転舵制御系統に先にフェイルが発生した場合と同様な効果が期待される。

次に、上記切換え制御ルーチンの一部を変形した変形例について説明する。この変形例に係る切換え制御ルーチンは図７に示されており、上述した図４の切換え制御ルーチンに比べて、ステップＳ７１〜Ｓ７５の処理が追加されている。この変形例に係る切換え制御ルーチンにおいては、その実行開始後、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）は、ステップＳ７１にてアシストフラグＡＳＴが“０”であるか否かを判定する。このアシストフラグＡＳＴは、“０”により非アシスト状態を表すとともに“１”によりアシスト状態を表し、初期には“０”に設定されている。なお、このアシストフラグＡＳＴも、イグニッションスイッチがオフされても消去されないように、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）の非作動時には不揮発性メモリに記憶されている。アシスト状態とは、第１および第２転舵制御系統の一方の系統にフェイルが発生した場合に、フェイルの発生していない他方の系統の電動モータ２１または２２を、操舵ハンドル１１の回動操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵のアシストに利用することを意味する。

いま、アシストフラグＡＳＴが“０”であれば、ステップＳ５１以降の処理が実行される。第１転舵制御系統（または第２転舵制御系統）にフェイルが発生した時点から、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）がステップＳ５１〜Ｓ６１の処理を実行して、操舵ハンドル１１の操舵操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性を、ステヤバイワイヤ方式の転舵特性から機械連結ステア式の転舵特性に徐々に変更する点については上記実施形態と同じである。この場合、変数ｎが所定値Ｎになると、ステップＳ５５にて「Ｙｅｓ」と判定され、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）がステップＳ７２，Ｓ７３の処理を実行する。

ステップＳ７２においては、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）が、電磁クラッチ１５用のスイッチ回路４１（またはスイッチ回路４２）をオン状態に切り換える。この場合、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）が切換え制御ルーチンを実行し始めた時点で、他方の転舵制御系統に係るスイッチ回路４２（またはスイッチ回路４１）は既にオン状態に設定されている。したがって、この変形例では、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性をステヤバイワイヤ方式の転舵特性から機械連結ステア式の転舵特性に変更処理した後、電磁クラッチ１５が通電されてステアリングシャフト１２の上部と下部とが機械的に連結される。その結果、この変形例では、第１および第２転舵制御系統の両者にフェイルが発生する前に機械連結式の転舵態様に変更される。

前記ステップＳ７２の処理後、ステップＳ７３にてアシストフラグＡＳＴが“１”に設定される。そして、以降の切換え制御ルーチンの実行時には、ステップＳ７１にて「Ｎｏ」と判定されて、ステップＳ７４，Ｓ７５の処理を実行し始める。ステップＳ７４においては、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）は、ＲＯＭ内に設けられているアシスト指令値テーブルを参照して、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシストトルクＡＴ＊を計算する。このアシスト指令値テーブルは、図８に示すように、複数の代表的な車速値ごとに、ハンドル操舵角θの増加に従って非線形増加する複数の目標アシストトルクＡＴ＊を記憶している。なお、このアシスト指令値テーブルを利用するのに代えて、ハンドル操舵角θおよび車速Ｖに応じて変化する目標アシストトルクＴＡ＊を関数により予め定義しておき、同関数を利用して目標アシストトルクＴＡ＊を計算するようにしてもよい。

そして、第１転舵用ＥＣＵ３４（または第２転舵用ＥＣＵ３５）は、ステップＳ７５にて、駆動回路３７（または駆動回路３８）を介して電動モータ２１（または電動モータ２２）を制御して、前記計算した目標アシストトルクＡＴ＊が発生されるように電動モータ２１（または電動モータ２２）を作動させる。これにより、操舵ハンドル１１の回動操作が電動モータ２１（または電動モータ２２）によりアシストされるようになる。なお、この場合も、電磁クラッチ１５が接続状態に切り換えられた時点で、操舵反力用の電動モータ１６の作動を停止制御するか、電動モータ１６に操舵アシスト力を発生させるようにその作動を制御する。

このように変形例に係る車両の操舵装置においては、一方の転舵制御系統のフェイル時には、他方の転舵制御系統により、操舵ハンドル１１の操舵操作に対する左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵特性を、ステヤバイワイヤ方式の転舵特性から機械連結方式の転舵特性に徐々に変更した後、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が機械連結式に切り換えられる。そして、前記切り換えられた操舵ハンドルの操舵操作による左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵が他方の転舵制御系統によってアシストされる。これによれば、他方の転舵制御系統に属する電動モータ２１（または電動モータ２２）の過酷な使用によって他方の転舵制御系統にフェイルが発生する前に、機械連結式の転舵態様に切り換えられるので、車両の良好なフェイルセーフが確保される。また、運転者による操舵ハンドル１１の操舵操作が他方の転舵制御系統によってアシストされるので、運転者は操舵ハンドル１１を軽快に操舵操作することができるようになる。

さらに、本発明は上記実施形態および変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

例えば、上記実施形態および変形例においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２のステヤバイワイヤ用の転舵特性から機械連結用の転舵特性への転舵特性の変更量を、操舵ハンドル１１が所定角以上に操舵された回数の増加に従って増加させるようにした。しかし、これに代えて、操舵ハンドル１１が所定角以上に操舵されている時間が増加するに従って、前記転舵特性の変化量を増加するようにしてもよい。この場合、図４および図７の切換え制御ルーチンにおけるステップＳ５１〜Ｓ５６の処理を、操舵ハンドル１１が所定角以上に操舵されている累算時間が増加するに従って変数ｎが大きな値になるように変更すればよい。また、この場合にも、上記実施形態および変形例の場合にも、操舵されたときの操舵ハンドル１１の操舵角が大きいほど前記変数ｎの増加速度が速くなるようにして、操舵されたときの操舵ハンドル１１の操舵角が大きいほど前記転舵特性が速く変更されるようにしてもよい。

また、前記転舵特性が、単純に時間の経過に従って変更されるようにしてもよい。この場合も、ステップＳ５１〜Ｓ５６の処理を、切換え制御ルーチンが実行されるようになってからの累算時間が増加するに従って、変数ｎが増加するような処理に変更すればよい。また、前記転舵特性が、イグニッションスイッチのオン操作の回数に応じて徐々に変更されるようにしてもよい。この場合も、ステップＳ５１〜Ｓ５６の処理を、切換え制御ルーチンが実行されるようになった後、イグニッションスイッチがオン操作されるごとに、またはイグニッションスイッチが所定回数だけオン操作されるごとに、変数ｎを増加させる処理に変更すればよい。

さらに、上記実施形態および変形例においては、操舵ハンドル１１として回動操作されるものを採用した。しかし、この操舵ハンドル１１に代えて、例えばジョイスティックなどのように直線的な操作により左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵させる操舵ハンドルを利用した車両の操舵装置にも本発明は適用される。

本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。 図１の第１転舵用ＥＣＵにより実行される第１系統制御プログラムのフローチャートである。 図１の第２転舵用ＥＣＵにより実行される第２系統制御プログラムのフローチャートである。 図２，３の切換え制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。 ハンドル操舵角と目標転舵角との関係を示すグラフである。 車速と車速係数との関係を示すグラフである。 上記実施形態の変形例に係る切換え制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。 同変形例に係り、ハンドル操舵角、車速および目標アシストトルクの関係を示すグラフである。

符号の説明

１１…操舵ハンドル、１２…ステアリングシャフト、１３…ピニオンギヤ、１４…ラックバー、１５…電磁クラッチ、１６，２１，２２…電動モータ、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４，３５…転舵用ＥＣＵ、３６…操舵反力用ＥＣＵ、４１，４２…スイッチ回路。

Claims (6)

1. 操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に連結して操舵ハンドルの操舵操作を機械的に転舵輪に伝達し、操舵ハンドルの操舵操作に対して所定の第１特性で転舵輪を転舵する操舵伝達機構と、
   接続状態にて操舵ハンドルと転舵輪とを機械的に連結するとともに切断状態にて前記機械的な連結を解除する断続器と、
   前記操舵伝達機構内において前記断続器に対して転舵輪側に設けられ、前記断続器が切断状態にあるとき転舵輪を転舵する第１および第２転舵アクチュエータと、
   操舵ハンドルの操舵操作に応じて前記第１および第２転舵アクチュエータの作動を制御し、操舵ハンドルの操舵操作に対して前記第１特性とは異なる所定の第２特性で転舵輪を転舵する転舵制御手段と、
   前記第１および第２転舵アクチュエータのうちのいずれか一方の転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になったことを検出するフェイル検出手段と、
   前記フェイル検出手段によって前記一方の転舵アクチュエータによる転舵輪の転舵が不能になったことが検出されたとき、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性が前記第２特性から前記第１特性に徐々に近づくように、前記第１および第２転舵アクチュエータのうちの他方の転舵アクチュエータの作動を制御する転舵特性切換え制御手段とを設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
2. 前記転舵特性切換え制御手段は、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性を、操舵ハンドルの操舵操作に関係して徐々に変更するものである請求項１に記載した車両の操舵装置。
3. 前記転舵特性切換え制御手段は、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性を、時間経過に従って徐々に変更するものである請求項１に記載した車両の操舵装置。
4. 前記転舵特性切換え制御手段は、操舵ハンドルの操舵操作に対する転舵輪の転舵特性を、イグニッションスイッチがオン操作された回数に関係して徐々に変更するものである請求項１に記載した車両の操舵装置。
5. 請求項１ないし４のうちのいずれか一つに記載した車両の操舵装置において、さらに、
   前記転舵特性切換え制御手段による前記他方の転舵アクチュエータの制御後に、前記断続器を接続状態に設定する接続制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
6. 請求項５に記載した車両の操舵装置において、さらに、
   前記接続制御手段によって前記断続器が接続状態に設定された後、操舵ハンドルの操舵操作に応じた転舵輪の転舵をアシストするように、前記他方の転舵アクチュエータの作動を制御するアシスト制御手段を設けたことを特徴とする車両の操舵装置。
   

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