JP2011001041A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続すること。
【解決手段】操舵角センサが故障した場合に、代替動作指示部が、操舵軸に接続された操舵反力用モータによる反力生成を停止し、転舵目標値算出部が、反力生成が停止された操舵反力用モータからの出力に基づいて転舵モータを制御する際の転舵目標値を算出するように操舵装置を構成する。また、転舵目標値算出部が、操舵反力用モータの回転を制御するモータレゾルバが検出した操舵角に基づいて転舵目標値を推定するように操舵装置を構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、運転者によって入力された操舵量を操舵角センサで検出し、検出した操舵量に基づいて転舵モータを制御するステアバイワイヤ方式の操舵装置に関し、特に、装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続することができるステアバイヤ方式の操舵装置に関する。

従来から、自動車などの車両の操舵方式として、操舵ハンドルと前輪などの転舵輪との機械的な結合を排除したステアバイワイヤ方式が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

かかるステアバイワイヤ方式によれば、操舵ハンドルと転舵輪とを接続する動力伝達用シャフト等が不要となるので、操舵用部材の配置自由度が高まるほか、操舵ハンドルに入力された操舵角と実際の転舵角との比率を自由に設定することができる。

ここで、ステアバイワイヤ方式では、操舵角センサなどの構成部材に障害が発生すると、操舵ハンドルに入力された操舵量を転舵輪へ伝達することができないため、操舵が不可能になってしまうという問題がある。

このため、ステアバイワイヤ方式の操舵に用いる構成部材を多重化し、一部の構成部材の故障を許容する技術（フェールセーフ技術）が提案されている。たとえば、特許文献２には、操舵角センサ、転舵角センサおよびアクチュエータをそれぞれ２重化し、一方の系に障害が発生した場合には、他方の正常な系で操舵を継続する技術が開示されている。

特開２００８−６７４３６号公報 特開２００５−８２０５７号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている技術のように、構成部材を多重化すると、操舵装置の装置コストがかさんでしまうという問題があった。また、操舵角センサなどを多重化すると、同一時期にすべての操舵角センサが故障する確率は減少するものの、すべての操舵角センサが故障する確率は０ではない。

特に、同種の部品を多重化した場合、各部品の耐用年数は同様のものとなることから、多重化した部品が、すべての系で同一時期に故障する可能性は高くなる。

これらのことから、装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続することができるステアバイヤ方式の操舵装置をいかにして実現するかが大きな課題となっている。

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであって、装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続することができるステアバイヤ方式の操舵装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、運転者によって入力された操舵量を操舵角センサで検出し、検出した前記操舵量に基づいて転舵モータを制御するステアバイワイヤ方式の操舵装置であって、前記操舵角センサが故障した場合に、操舵軸に接続された操舵反力用モータによる反力生成を停止する反力生成停止手段と、前記反力生成停止手段によって反力生成が停止された前記操舵反力用モータからの出力に基づいて前記転舵モータを制御する際の転舵目標値を算出する転舵目標値算出手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、操舵角センサが故障した場合に、代替動作指示部が、操舵軸に接続された操舵反力用モータによる反力生成を停止し、転舵目標値算出部が、反力生成が停止された操舵反力用モータからの出力に基づいて転舵モータを制御する際の転舵目標値を算出することとしたので、反力生成を停止した操舵反力用モータがドライバーによる操舵によって回転させられることを利用して転舵目標値を算出することによって、装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る操舵手法の概要を示す図である。 図２は、本実施例に係る操舵装置の構成を示すブロック図である。 図３は、反力生成モータの作動状態を示す図である。 図４は、操舵トルクセンサによって検出されるトルクを説明する図である。 図５は、操舵装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図６は、代替候補の変形例を示す図である。 図７は、反力生成モータがブラシ付きモータである場合の作動状態を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る操舵装置の実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る操舵手法の概要について図１を用いて説明した後に、本発明に係る操舵手法を適用した操舵装置の実施例について説明することとする。

まず、本発明に係る操舵手法の概要について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る操舵手法の概要を示す図である。以下では、操舵側を単系とし、転舵側を２重化系とした場合について説明する。同図に示すように、ステアバイワイヤ方式の操舵システムでは、操舵ハンドル１ａを含む操舵側のユニットと、転舵輪１ｂを含む転舵側のユニットとを機械的に切り離している。

具体的には、操舵側に設けられた操舵側ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２では、操舵ハンドル１ａに入力された操舵角を操舵角センサ経由で取得し、取得した相舵角に基づいて転舵輪１ｂの転舵角の目標値である転舵目標値を算出する。そして、算出した転舵目標値を、車載ＬＡＮ（Local Area Network）５経由で、転舵側ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３へ通知する。

そして、転舵側ＥＣＵ３では、通知された転舵目標値に基づいて転舵輪１ｂを転舵する。ここで、同図に示す転舵角センサは、転舵輪１ｂの転舵角を取得するために用いられる。なお、同図では、転舵側を２重化した場合について示しており、転舵側ＥＣＵ３ａおよび転舵側ＥＣＵ３ｂにはそれぞれ転舵モータおよび転舵角センサが接続されている。

そして、通常時には、操舵側ＥＣＵ２から転舵側ＥＣＵ３ａまたは転舵側ＥＣＵ３ｂのいずれかに転舵目標値が通知され、いずれかの系に異常が認められた場合には、正常な他系を用いて転舵輪１ｂの転舵が行われる。

ここで、本発明に係る操舵手法では、操舵側の操舵角センサが故障した場合であっても、他の代替候補を用いて転舵目標値を推定し、ステアバイワイヤ方式の操舵を継続する点に主たる特徴がある。

具体的には、操作ハンドル１ａに対して反力を付与する反力生成モータからの出力、かかる反力生成モータの回転制御を行うモータレゾルバからの出力、あるいは、操舵ハンドル１ａに接続されたトーションバーにおける回転トルクを検出するトルクセンサからの出力を、代替候補として選択し、転舵目標値を推定する。

すなわち、本発明に係る操舵手法では、操舵角センサ異常を検知したならば（同図の（Ａ）参照）、上記代替候補のいずれかを選択する（同図の（Ｂ）参照）。そして、選択した代替候補からの信号に基づいて転舵目標値を算出する（同図の（Ｃ）参照）。

このように、本発明に係る操舵手法では、操舵角センサが故障した場合であっても、操舵側における構成部品からの出力に基づいて転舵目標値を推定することができる。したがって、操舵角センサを２重化することなく、操舵角センサが故障した場合であっても操舵を継続することができる。

なお、図１では、操舵側ＥＣＵ２、転舵側ＥＣＵ３ａおよび転舵側ＥＣＵ３ｂを車載ＬＡＮ５経由で接続する場合について示したが、これらのＥＣＵを単体のＥＣＵ上に構成することとしてもよい。

以下では、かかる操舵手法を適用した操舵装置についての実施例を詳細に説明する。なお、以下では、操舵角センサの異常を検出すると反力生成モータによる反力生成を停止する場合について説明することとする。

図２は、本実施例に係る操舵装置１０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、操舵装置１０は、操舵角センサ１１と、反力生成モータ１２と、操舵トルクセンサ１３と、制御部１４とを備えている。

また、反力生成モータ１２は、回転制御を行うためのモータレゾルバであるレゾルバ１２ａをさらに備えている。そして、制御部１４は、故障検知部１４ａと、代替動作指示部１４ｂと、起電力取得部１４ｃと、操舵角取得部１４ｄと、操舵トルク取得部１４ｅと、転舵目標値算出部１４ｆとをさらに備えている。

なお、転舵目標値算出部１４ｆによって算出された転舵目標値は、図１に示した車載ＬＡＮ５経由で、転舵側ユニットへ伝達される。ここで、転舵側ユニットとは、図１に示した「転舵側」の転舵側ＥＣＵ３ａあるいは転舵側ＥＣＵ３ｂのことを指す。また、制御部１４は、たとえば、図１に示した操舵側ＥＣＵ２上に構成される。

操舵角センサ１１は、操舵ハンドル１ａへ入力された操舵角を取得するセンサであり、一般的には、絶対角センサが用いられる。そして、操舵角センサ１１が正常である場合には、操舵角センサ１１によって検出された操舵角は、制御部１４の転舵目標値算出部１４ｆへ伝達され、転舵目標値算出部１４ｆにおいて転舵目標値が算出される。

反力生成モータ１２は、操舵ハンドル１ａに対して転舵輪１ｂの挙動をフィードバックするために用いられるブラシレスモータである。また、この反力生成モータ１２は、代替動作指示部１４ｂから反力生成の停止指示を受けた場合には、発電機として動作する。なお、かかる停止指示を受けた場合に、ロータの回転禁止制御（固着制御）を行うこととしてもよい。

ここで、反力生成モータ１２は、ロータの回転制御を行うためのレゾルバ１２ａを有しており、このレゾルバ１２ａ経由でロータの回転角を相対角度で取得することができるものとする。

たとえば、反力モータ１２が４相モータである場合には、レゾルバ１２ａから、０度〜９０度の範囲でロータの回転角を取得することができる。なお、反力生成モータ１２としてブラシ付きモータを使用する場合については、図７を用いて後述する。

ここで、反力生成モータ１２が代替動作指示部１４ｂから反力生成の停止指示を受けた場合の作動例について図３を用いて説明しておく。図３は、反力生成モータ１２の作動状態を示す図である。なお、同図には、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三相からなる反力生成モータ１２を示している。

図３に示したように、反力生成モータ１２は、代替動作指示部１４ｂから反力生成停止指示を受けると、ブリッジ回路に閉ループを構成するようにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする。具体的には、スイッチング素子３１Ｕ、スイッチング素子３１Ｖおよびスイッチング素子３１ＷはＯＦＦとするとともに、スイッチング素子３２Ｕ、スイッチング素子３２Ｖおよびスイッチング素子３２ＷはＯＮとする。

このようにすることで、位置３０ａとは異なる側、すなわち、ＧＮＤ側に、同図に破線で示した閉ループ３５が構成される。そして、閉ループ３５が構成された後に、反力生成モータ１２が操舵ハンドル１ａの操作によって方向３０へ回転させられると、電磁誘導によって同図に破線矢印で示した方向に電流が流れ、電位差が生じることになる。

たとえば、Ｕ相における位置３０ｂの電位は位置３０ｃの電位と同一であるので、位置３０ｃでＧＮＤとの電位差Ｖ_Ｕを取得することができる。同様に、Ｖ相における位置３０ｄの電位は位置３０ｅの電位と同一であるので、位置３０ｅでＧＮＤとの電位差Ｖ_Ｖを取得することができる。また、Ｗ相における位置３０ｆの電位は位置３０ｇの電位と同一であるので、位置３０ｇでＧＮＤとの電位差Ｖ_Ｗを取得することができる。

そして、電位差Ｖ_Ｕ、Ｖ_ＶおよびＶ_Ｗは、図示しない電圧モニタ経由で起電力取得部１４ｃへ通知されることになる。このように、各相における電位差を取得することとしてもよいが、同図に示すように、抵抗器３３を用いて各相における電流を取得することとしてもよい。なお、抵抗器３３としては、シャント抵抗を用いることができる。

具体的には、Ｕ相には抵抗器３３Ｕを、Ｖ相には抵抗器３３Ｖを、Ｗ相には抵抗器３３Ｗを、それぞれ設け、これらの抵抗器３３で検出された電流を取得することとしてもよい。たとえば、Ｕ相の抵抗器３３Ｕで電流Ｉ_Ｕを、Ｖ相の抵抗器３３Ｖで電流Ｉ_Ｖを、Ｗ相の抵抗器３３Ｗで電流Ｉ_Ｗを、それぞれ検出することができる。そして、電流Ｉ_Ｕ、Ｉ_ＶおよびＩ_Ｗは、図示しない電流モニタ経由で起電力取得部１４ｃへ通知されることになる。

図２の説明に戻り、操舵トルクセンサ１３について説明する。操舵トルクセンサ１３は、操舵ハンドル１ａに対して付与された回転トルクを検出するトルクセンサである。ここで、操舵トルクセンサ１３は、反力生成モータ１２が発電機として動作する場合に生じる回転負荷によるトーションバーのねじれを検出する。

また、反力生成モータ１２が固着制御された場合には、操舵ハンドル１２ａを回転させようとしてもトーションバーが回転しないことから、トーションバーのねじれをさらに良好に検出することができる。

ここで、操舵トルクセンサ１３によって検出されるトルクについて図４を用いて説明しておく。図４は、操舵トルクセンサ１３によって検出されるトルクを説明する図である。なお、同図の（Ａ）には、反力生成モータ１２が発電機として作動する場合について、同図の（Ｂ）には、反力生成モータ１２が固着制御された場合について、それぞれ示している。

図４の（Ａ）に示したように、操舵角センサ１１の異常が故障検知部１４ａによって検出されると（同図の（Ａ０）参照）、反力生成モータ１２は、代替動作指示部１４ｂからの指示によって閉回路を構成することで発電機として作動する（同図の（Ａ１）参照）。

この場合、たとえば、操舵ハンドル１ａが方向４０へ操作されると、反力モータ１２は、方向４０への回転を打ち消す方向に負荷を生ずることになる。したがって、操舵トルクセンサ１３は、操舵ハンドル１ａと接続されたトーションバーに発生した回転トルクを検出することができる（同図の（Ａ２）参照）。

また、図４の（Ｂ）に示したように、操舵角センサ１１の異常が故障検知部１４ａによって検出されると（同図の（Ｂ０）参照）、反力生成モータ１２は、代替動作指示部１４ｂからの指示によって固着制御される（同図の（Ｂ１）参照）。

この場合、たとえば、操舵ハンドル１ａが方向４０へ操作されると、反力モータ１２は、トーションバー、すなわち、操舵ハンドル１ａの回転を許容しない。したがって、操舵トルクセンサ１３は、操舵ハンドル１ａと接続されたトーションバーに発生した回転トルクを検出することができる（同図の（Ｂ２）参照）。

図２の説明に戻り、制御部１４について説明する。制御部１４は、操舵角センサ１１の故障を検知するとともに、操舵角センサ１１の故障が検知された場合には、反力生成モータ１２や操舵トルクセンサ１３といった代替候補を用いて転舵目標値の算出を継続する処理を行う処理部である。

故障検知部１４ａは、操舵角センサ１１の故障を検知する処理を行う処理部である。また、この故障検知部１４ａは、操舵角センサ１１の故障を検知した場合には、故障を検知した旨を代替動作指示部１４ｂに対して通知する処理を併せて行う。

代替動作指示部１４ｂは、反力生成モータ１２に対して反力生成の停止指示を行うとともに、停止指示を行っている期間において、起電力取得部１４ｃ、操舵角取得部１４ｄあるいは操舵トルク取得部１４ｅに対してデータ取得を指示する処理部である。なお、代替動作指示部１４ｂは、反力生成モータに対して固着制御の指示を行うことも可能である。

起電力取得部１４ｃは、反力生成を停止した反力生成モータ１２が発電機として作動する際に発生する電位差（図３のＶ_Ｕ、Ｖ_ＶおよびＶ_Ｗ参照）あるいは電流（図３のＩ_Ｕ、Ｉ_ＶおよびＩ_Ｗ参照）を取得する処理を行う処理部である。

操舵角取得部１４ｄは、反力生成を停止した反力生成モータ１２のレゾルバ１２ａが検出する操舵角（相対舵角）を取得する処理を行う処理部である。また、操舵トルク取得部１４ｅは、反力生成モータ１２が反力生成を停止した場合、または、反力生成モータ１２が固着制御された場合に、操舵ハンドル１２ａに接続されたトーションバーに発生する回転トルクを取得する処理を行う処理部である。

なお、起電力取得部１４ｃが取得した電位差または電流、操舵角取得部１４ｄが取得した操舵角（相対舵角）、操舵トルク取得部１４ｅが取得した回転トルクは、転舵目標値算出部１４ｆへ通知される。

転舵目標値算出部１４ｆは、操舵角センサ１１が正常である場合には、操舵角センサ１１によって検出された操舵角（絶対舵角）に基づいて転舵目標値を算出する処理部である。そして、転舵目標値算出部１４ｆは、操舵角センサ１１の故障が故障検知部１４ａによって検知された場合には、起電力取得部１４ｃ、操舵角取得部１４ｄおよび操舵トルク取得部１４ｅからの信号のうちいずれか一つ、あるいは、二つ以上の任意の組合せに基づいて転舵目標値を推定する処理を行う処理部である。

まず、転舵目標値算出部１４ｆが、反力生成モータ１２の起電力（図３参照）を起電力取得部１４ｃ経由で受け取り、受け取った起電力に基づいて転舵目標値を算出する場合について説明する。図３を用いて既に説明したように、反力生成モータ１２が３相のブラシレスモータである場合、各相における電位差（Ｖ_Ｕ、Ｖ_ＶおよびＶ_Ｗ）を用いて転舵目標値を算出することができる。

具体的には、反力生成モータ１２の回転角θについて、モータ回転方向のｑ軸と、ｑ軸に直交するｄ軸とを設定し、電位差Ｖ（Ｖ_Ｕ、Ｖ_ＶまたはＶ_Ｗ）をｑ軸へ射影した値をＶ_ｑとすると、Ｖ_ｑは、反力生成モータ１２へ加えられた回転数に比例する。したがって、現在の転舵角から目標転舵角までの差分Δσは、
Δσ＝Ｋ_ｖ×Ｖ_ｑ
とあらわされる。なお、Ｋ_ｖは、所定の係数である。

ここで、目標転舵角をσ_Ｔ、現在の転舵角をσ_０とすると、
σ_Ｔ＝Ｋ_ｄ×Δσ＋σ_０
として制御することで、操舵角センサ１１を用いることなく、ドライバーの意志を反映した転舵制御を継続することができる。なお、Ｋ_ｄは、所定の係数である。

また、各相における電流（Ｉ_Ｕ、Ｉ_ＶおよびＩ_Ｗ）を用いて転舵目標値を算出する場合にも、各相における電位差（Ｖ_Ｕ、Ｖ_ＶおよびＶ_Ｗ）の場合と同様の手順で転舵制御を継続することができる。この場合、電流Ｉ（Ｉ_Ｕ、Ｉ_ＶまたはＩ_Ｗ）をｑ軸へ射影した値をＩ_ｑとしたうえで、
Δσ＝Ｋ_Ｉ×Ｉ_ｑ
とあらわすこととすればよい。なお、Ｋ_Ｉは、所定の係数である。

次に、転舵目標値算出部１４ｆが、反力生成モータ１２のレゾルバ１２ａが検出した操舵角を操舵角取得部１４ｄ経由で受け取り、受け取った操舵角に基づいて転舵目標値を算出する場合について説明する。この場合、転舵目標値算出部１４ｆは、レゾルバ１２ａが検出した操舵角の変化量に基づいて目標転舵角を演算することになる。

次に、転舵目標値算出部１４ｆが、操舵トルクセンサ１３が検出した操舵トルクを操舵トルク取得部１４ｅ経由で受け取り、受け取った操舵トルクに基づいて転舵目標値を算出する場合について説明する。

この場合、現在の転舵角から目標転舵角までの差分をΔσ_Ｔ、操舵トルクをＶ_Ｔとすると、
Δσ_Ｔ＝Ｋ_Ｔ×Ｖ_Ｔ
とあらわされる。なお、Ｋ_Ｔは、所定の係数である。

ここで、目標転舵角をσ_Ｔ、現在の転舵角をσ_０とすると、
σ_Ｔ＝Ｋ_ｄ×Δσ_Ｔ＋σ_０
として制御することで、操舵角センサ１１を用いることなく、ドライバーの意志を反映した転舵制御を継続することができる。なお、Ｋ_ｄは、所定の係数である。

このように、反力生成モータ１２の起電力（電位差または電流値）、反力生成モータ１２のレゾルバ１２ａが検出した操舵角、あるいは、操舵トルクセンサ１３が検出した操舵トルクのいずれか一つを用いて転舵目標値を算出することができる。また、これらの値の任意の組合せによって転舵目標値を算出することとしてもよい。

具体的には、反力生成モータ１２の電位差に基づく目標転舵角をΔσ_Ｖ、反力生成モータ１２の電流値に基づく目標転舵角をΔσ_Ｉ、レゾルバ１２が検出した操舵角に基づく目標転舵角をΔσ_Ｒ、操舵トルクセンサ１３が検出した操舵トルクに基づく目標転舵角をΔσ_Ｔとすれば、最終的な目標転舵角Δσは、
Δσ＝Ｋ_Ｖ×Δσ_Ｖ＋Ｋ_Ｉ×Δσ_Ｉ＋Ｋ_Ｒ×Δσ_Ｒ＋Ｋ_Ｔ×Δσ_Ｔ
とおくことができる。なお、Ｋ_Ｖ、Ｋ_Ｉ、Ｋ_ＲおよびＫ_Ｔは、所定の係数である。

ここで、目標転舵角をσ_Ｔ、現在の転舵角をσ_０とすると、
σ_Ｔ＝Ｋ_ｄ×Δσ＋σ_０
として転舵制御を行うことができる。

なお、所定の係数（Ｋ）を用いる代わりに、入力値の大小に応じて出力値が非線形に変化するように調整したマップ値を用いることとしてもよい。

次に、本実施例に係る操舵装置１０が実行する処理手順について図５を用いて説明する。図５は、操舵装置１０が実行する処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、故障検知部１４ａは、操舵角センサ１１が異常であるか否かを判定し（ステップＳ１０１）、異常である場合には（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、代替動作指示部１４ｂは、反力生成モータ１２の駆動を停止する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、ステップＳ１０１の処理を繰り返す。

つづいて、転舵目標値算出部１４ｆは、モータレゾルバ（レゾルバ１２ａ）が正常であるか否かを判定し（ステップＳ１０３）、正常である場合には（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、モータレゾルバ（レゾルバ１２ａ）を操舵角センサ１１の代替候補として選択する（ステップＳ１０４）。

また、ステップＳ１０３の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、モータ電圧または電流のモニタが正常であるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、正常である場合には（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、モータ電圧または電流モニタを代替候補として選択する（ステップＳ１０６）。

また、ステップＳ１０５の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、操舵トルクセンサ１３が正常であるか否かを判定し（ステップＳ１０７）、正常である場合には（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、操舵トルクセンサ１３を代替候補として選択する（ステップＳ１０８）。なお、ステップＳ１０７の判定条件を満たさなかった場合には（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、報知処理を行ったうえで（ステップＳ１１０）、処理を終了する。

また、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６あるいはステップＳ１０８で代替候補が選択されたならば、転舵目標値算出部１４ｆは、転舵目標値の算出を開始し（ステップＳ１０９）、処理を終了する。

なお、図５では、モータレゾルバ（レゾルバ１２ａ）、モータ電圧・電流モニタ、操舵トルクセンサ１３の順で、代替候補を選択していく場合について示したが、これらの選択順序は任意の順序とすることができる。また、これらの選択処理を並行して行うこととしてもよい。

ところで、図５では、モータレゾルバ（レゾルバ１２ａ）、モータ電圧・電流モニタおよび操舵トルクセンサ１３のいずれもが、異常である場合には、報知処理を行って処理を終了する場合について示したが、他の代替候補を用いて転舵制御を継続することとしてもよい。そこで、以下では、他の代替候補の例について図６を用いて説明することとする。

図６は、代替候補の変形例を示す図である。図６の（Ａ）に示したように、操舵側ＥＣＵ２、転舵側ＥＣＵ３ａおよび転舵側ＥＣＵ３ｂが接続される車載ＬＡＮ５に対し、車載装置６１を接続する。

ここで、車載装置６１とは、タッチパネルディスプレイ６１ａなどの入出力デバイスを備えたカーナビゲーション装置、オーディオビジュアル装置といった装置である。なお、車載装置６１には、携帯用音楽再生装置や、携帯電話といった外部装置６２を無線あるいは有線方式で接続することができるものとする。

たとえば、車載装置６１は、図５における報知処理（Ｓ１１０参照）が行われると、図６の（Ｂ−１）に示したように、タッチパネルディスプレイ６１ａに対して操舵異常が発生した旨を表示する。なお、図示しないスピーカー経由で、操舵異常が発生した旨を報知することとしてもよい。

ここで、車載装置６１は、図６の（Ｂ−１）に示したように、操舵方向を示す矢印および「操舵したい方向へスライドしてください」などのガイドメッセージを表示する。そして、ドライバーが、矢印をなぞった方向、距離、速度などを取得し、転舵目標値算出部１４ｆへ通知する。かかる通知を受けた転舵目標値算出部１４ｆは、転舵目標値を算出することになる。たとえば、ドライバーが矢印を右方向へ素早くなぞった場合には、右への大きな転舵をあらわす転舵目標値を算出する。

なお、図６の（Ｂ−１）では、タッチパネルディスプレイ６１ａ経由でドライバーの指示を受け付ける場合について示したが、車載装置６１に接続された外部装置６２経由でドライバーの指示を受け付けることとしてもよい。

たとえば、図６の（Ｂ−２）に示したように、外部装置６２が、操作ホイール６２ａを備える場合には、ドライバーが操作ホイール６２ａを回転させた方向、回転角度、角速度などを取得することとすればよい。このようにすることで、ドライバーの意図を転舵制御に反映することができる。

ところで、これまでは、反力生成モータ１２としてブラシレスモータを用いる場合について説明してきたが、反力生成モータ１２としてブラシ付きモータを用いる場合であっても、反力生成モータ１２を発電機として作動させて、発電による電圧や電流に基づく転舵制御を行うことができる。そこで、以下では、反力生成モータ１２がブラシ付きモータである場合について図７を用いて説明することとする。

図７は、反力生成モータ１２がブラシ付きモータである場合の作動状態を示す図である。なお、図７は、ブラシレスモータに係る図３と対応する図である。また、同図には、代替動作指示部１４ｂから反力生成の停止指示を受けた場合の作動状態を示している。

図７に示したように、反力生成モータ１２は、反力生成の停止指示を受けると、ブリッジ回路に閉ループを構成するようにスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦする。具体的には、スイッチング素子７１Ａおよびスイッチング素子７１ＢはＯＦＦとするとともに、スイッチング素子７２Ａおよびスイッチング素子７２ＢはＯＮとする。

このようにすることで、位置７０ａとは異なる側、すなわち、ＧＮＤ側に、同図に破線で示した閉ループ７５が構成される。そして、閉ループ７５が構成された後に、反力生成モータ１２が操舵ハンドル１ａの操作によって方向７０へ回転させられると、電磁誘導によって同図に破線矢印で示した方向に電流が流れ、電位差が生じることになる。

たとえば、位置７０ｂの電圧をＶ_Ｌ、位置７０ｃの電圧をＶ_Ｒとすると、電位差は、「Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｒ」であらわされる。なお、電流Ｉについては、抵抗器７３Ｂまたは、抵抗器７３Ａを設けることで取得することができる。そして、転舵目標値算出部１４ｆは、電位差「Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｒ」または電流Ｉに基づいて転舵目標値を算出することになる。

具体的には、電位差「Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｒ」は、反力生成モータ１２へ加えられた回転数に比例する。したがって、現在の転舵角から目標転舵角までの差分Δσ_ｖは、
Δσ_ｖ＝Ｋ_ｖ×（Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｒ）
とあらわされる。なお、Ｋ_ｖは、所定の係数である。

ここで、目標転舵角をσ_Ｔ、現在の転舵角をσ_０とすると、
σ_Ｔ＝Ｋ_ｄ×Δσ_ｖ＋σ_０
として制御することで、操舵角センサ１１を用いることなく、ドライバーの意志を反映した転舵制御を継続することができる。なお、Ｋ_ｄは、所定の係数である。なお、電流Ｉを用いる場合には、
Δσ_Ｉ＝Ｋ_Ｉ×Ｉ
とあらわすこととすればよい。なお、Ｋ_Ｉは、所定の係数である。

上述してきたように、本実施例では、操舵角センサが故障した場合に、代替動作指示部が、操舵軸に接続された操舵反力用モータによる反力生成を停止し、転舵目標値算出部が、反力生成が停止された操舵反力用モータからの出力に基づいて転舵モータを制御する際の転舵目標値を算出するように操舵装置を構成する。また、転舵目標値算出部が、操舵反力用モータの回転を制御するモータレゾルバが検出した操舵角に基づいて転舵目標値を推定するように操舵装置を構成した。したがって、装置コストを低減しつつ、構成部品に障害が発生した場合であっても操舵を継続することができる。

以上のように、本発明に係る操舵装置は、ステアバイワイヤ方式の操舵を低コストで行いたい場合に有用であり、特に、操舵角センサを多重化することなく操舵角センサ故障時に転舵制御を継続したい場合に適している。

１ａ 操舵ハンドル
１ｂ 転舵輪
２ 操舵側ＥＣＵ
３ａ、３ｂ 転舵側ＥＣＵ
５ 車載ＬＡＮ
１０ 操舵装置
１１ 操舵角センサ
１２ 反力生成モータ
１２ａ レゾルバ
１３ 操舵トルクセンサ
１４ 制御部
１４ａ 故障検知部
１４ｂ 代替動作指示部
１４ｃ 起電力取得部
１４ｄ 操舵角取得部
１４ｅ 操舵トルク取得部
１４ｆ 転舵目標値算出部
３１、３２ スイッチング素子
３３ 抵抗器
６１ 車載装置
６１ａ タッチパネルディスプレイ
６２ 外部装置
６２ａ 操作ホイール
７１、７２ スイッチング素子
７３ 抵抗器

Claims (5)

1. 運転者によって入力された操舵量を操舵角センサで検出し、検出した前記操舵量に基づいて転舵モータを制御するステアバイワイヤ方式の操舵装置であって、
   前記操舵角センサが故障した場合に、操舵軸に接続された操舵反力用モータによる反力生成を停止する反力生成停止手段と、
   前記反力生成停止手段によって反力生成が停止された前記操舵反力用モータからの出力に基づいて前記転舵モータを制御する際の転舵目標値を算出する転舵目標値算出手段と
   を備えたことを特徴とする操舵装置。
2. 前記転舵目標値算出手段は、
   前記操舵反力用モータの回転を制御するモータレゾルバが検出した操舵角に基づいて前記転舵目標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記転舵目標値算出手段は、
   前記操舵反力用モータによる起電力に基づいて前記転舵目標値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の操舵装置。
4. 前記転舵目標値算出手段は、
   操舵ハンドルに対して入力された回転トルクを検出するトルクセンサが検出した前記回転トルクに基づいて前記転舵目標値を算出することを特徴とする請求項１、２または３に記載の操舵装置。
5. 前記反力生成停止手段は、
   前記操舵反力用モータの回転を禁止し、
   前記転舵目標値算出手段は、
   前記反力生成停止手段によって回転を禁止された前記操舵反力用モータと前記操舵ハンドルとの間に生じる前記回転トルクを前記トルクセンサで検出することを特徴とする請求項４に記載の操舵装置。

Images