JP4111191B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用操舵装置に関し、特にバックアップシステムを備えたステアバイワイヤ制御を行う操舵装置に関する。

従来、車両用操舵装置としては特許文献１に記載の技術が開示されている。この技術にあってはいわゆるステアバイワイヤ制御を採用し、ステアリングホイールと転舵輪がクラッチによって接続されている。通常時はクラッチを開放することでステアリングホイールと転舵輪とを機械的に分離し、運転者の操舵量を検出して転舵輪に接続するアクチュエータを駆動することにより転舵を行う。また、フェール時にはクラッチを締結し、ステアリングホイールと転舵輪を機械的に接続してマニュアルステアを確保するバックアップシステムを備えている。
特開２００２−２２５７３３号公報

しかしながら上記従来技術にあっては、フェール時にのみバックアップシステムを作動しているため、バックアップシステムが異常な場合でも、ステアバイワイヤ制御が開始され、フェール時に確実にバックアップシステムの作動ができない虞があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、確実にバックアップシステムが作動可能かどうかを検出し、安全性を向上させた車両用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、本発明では、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、前記ステアリングシャフトに接続し、反力を付与する反力アクチュエータと、操向輪に接続されたラックと、前記ラックを駆動して、前記操向輪を転舵駆動する転舵アクチュエータと、前記ステアリングシャフトと前記ラックとの間を締結及び解放可能なクラッチを有するバックアップ機構と、を有する車両用操舵装置において、前記ステアリングシャフトの状態を検出する第１検出手段と、前記ラックの状態を検出する第２検出手段を設け、前記クラッチが締結されているときに、前記転舵アクチュエータを駆動し、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認するバックアップ作動確認手段を設けたことを特徴とする。

よって、確実にバックアップシステムが作動可能かどうかを検出し、安全性を向上させた車両用操舵装置を提供することができる。

以下、本発明の車両用操舵装置を実現する実施の形態を、図面に示す実施例１ないし実施例７に基づいて説明する。

［車両用操舵装置のシステム構成］
実施例１につき図１ないし図３に基づき説明する。図１は実施例１の車両用操舵装置のシステム構成図である。運転者が操舵量を入力する操舵入力手段として、ステアリングホイール１と、車体側に回転可能に支持されるとともにステアリングホイール１に接続されたステアリングシャフト２を有する。また、ステアリングシャフト２上には、運転者の操舵量としての操舵角を検出する操舵角センサ８と、運転者の操舵量としての操舵トルクを検出するトルクセンサ９を有する。

また、操舵角センサ８及びトルクセンサ９よりも操向輪２０側には、運転者（ステアリングホイール１）に操舵反力を付与する反力モータ３を有する。この反力モータ３内には、反力モータ３のモータ回転角を検出する操舵側レゾルバ１０を有する。反力モータ３よりも操向輪２０側には、ステアリングシャフト２とバックアップ機構７との間を物理的に締結・開放可能な電磁クラッチ６を有する。

バックアップ機構７は、一端が電磁クラッチ６と接続されたステアリング側ケーブルプーリ７ａと、一端がピニオンシャフト１５と接続された操向輪側ケーブルプーリ７ｂと、両ケーブルプーリ７ａ，７ｂのそれぞれ互いに逆方向に巻き付けられた状態で連結する２本のケーブル７ｃ，７ｄを有する。電磁クラッチ６が開放されている状態では、ステアリングシャフト２の回転をピニオンシャフト１５へ伝達することはない。

一方、電磁クラッチ６が締結されている状態で、ステアリングホイール１を一方向に回転させると、２本のケーブル７ｃ，７ｄのうち、一方のケーブルが運転者から入力される操舵トルクを伝達し、他方のケーブルが操向輪２０から入力される反力トルクを伝達することで、コラムシャフトと同等の機能を発揮するよう構成されている。

操向輪２０を転舵する転舵手段として、車体側に回転可能に支持されるとともに一端が操向輪側ケーブルプーリ７ｂと接続されたピニオンシャフト１５を有する。このピニオンシャフト１５には、転舵モータ５、転舵側レゾルバ１１、転舵側トルクセンサ１２、ロータリーエンコーダ１３が設けられている。

転舵モータ５はピニオンシャフト１５に転舵トルクを出力し、転舵側レゾルバ１１は転舵モータ５の回転角を検出する。転舵側トルクセンサ１２は転舵モータ５と操向輪２０との間に設けられ、ピニオンシャフト１５の回転トルクを検出する。ロータリーエンコーダはピニオンシャフト１５の回転角を検出する。

またピニオンシャフト１５の操向輪側端部には、図示しないラック&ピニオン機構が設けられ、ステアリングラック４を軸方向に移動することで操向輪２０の転舵を行うよう構成されている。

さらに、ステアリングシャフト２にはステアリングホイール１の回転を規制するロック機構３０が設けられ、イニシャルチェック時にステアリングホイール１が回転することを防止している。

［コントロールユニットの制御構成］
図２はコントロールユニット１４の構成を表すブロック図である。コントロールユニット１４は、ステアバイワイヤ制御部１４１、クラッチ制御部１４２、誤差判断部１４３、フェールセーフ処理部１４４を有する。

また、操舵角センサ８から操舵角、操舵側トルクセンサ９から操舵トルク、操舵側レゾルバ１０から反力モータ回転角、が入力される。さらに、転舵側レゾルバ１１から転舵モータ回転角、転舵側トルクセンサ１２から転舵トルク、ロータリーエンコーダ１３からピニオンシャフト回転角が入力されるとともに、他のセンサ類（車速センサ、ヨーレイトセンサ、横加速度センサ等）のセンサ信号等が入力される。

ステアバイワイヤ制御部１４１は、反力モータ３に対し走行状況に応じた操舵反力トルクを付与するよう制御信号を出力するとともに、転舵モータ５に対し走行状況及び運転者の操舵状態に応じた転舵量を付与するよう制御信号を出力する。

クラッチ制御部１４２は電磁クラッチ６の締結・開放制御を行う。通常のステアバイワイヤ制御実行時に電磁クラッチ６を開放し、イグニッションOFF時（電源OFF時）や、フェールセーフ制御時等は、電磁クラッチ６を締結する。

誤差判断部１４３は、バックアップ機構７が正常に作動するかを判定するためイニシャルチェック制御を行う。実施例１では、反力モータ３及び転舵モータ５の双方を互いにトルクが相殺する方向に同一トルクＴで駆動させ、転舵側トルクセンサ９，１２の検出値Ｔ１，Ｔ２を比較する。Ｔ１とＴ２の誤差が所定範囲内であれば、操舵側と転舵側のトルク伝達がバックアップ機構７を介して正常に行われていると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。

フェールセーフ処理部１４４では、誤差判断部１４３において誤差が所定範囲外と判断された場合、フェールセーフ処理を行う。実施例１では警報ランプ２１を点灯させた後、車両発進禁止や警報装置の作動などを行う。

［イニシャルチェック制御（トルク値比較：操舵側及び転舵モータ双方駆動）］
バックアップ機構７が正常に作動するかを判定するため、誤差判断部１４３においてイニシャルチェック制御を行う。停車時のフェールに備えてマニュアルステアを確保するため、イグニッションＯＦＦ時において電磁クラッチ６は締結状態とされている。実施例１では、まず反力モータ３に任意のトルクＴを発生させ、転舵モータ５にも同一トルク値Ｔを発生させる。このとき、トルクＴは、操向輪２０が転舵しない範囲、具体的には操向輪２０の路面反力トルクよりも小さなトルクを与える。これにより、イニシャルチェック制御によって操向輪２０が転舵することがなく、運転者に違和感を与えることがない。

このとき操舵側、転舵側トルクセンサ９，１２の検出値Ｔ１，Ｔ２を比較し、Ｔ１とＴ２の誤差が所定範囲内であれば、操舵側と転舵側のトルク伝達がバックアップ機構７を介して正常に行われていると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。

検出されたＴ１とＴ２の誤差が所定範囲外であれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われずマニュアルステアにフェールが発生したと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行う。

［イニシャルチェック制御処理（トルク値比較：操舵側及び転舵モータ双方駆動）］
図３は、実施例１におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。

ステップＳ１０１では、イグニッションはＯＮであるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０２へ移行し、ＮＯであれば制御を終了する。

ステップＳ１０２では、ステアバイワイヤ制御許可フラグが成立しているかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１１２へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０３へ移行する。

ステップＳ１０３では、電磁クラッチ６をＯＮとし、ステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４では、反力モータ３及び転舵モータ５をＯＮとし、それぞれトルクＴを発生させてステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２の検出値Ｔ１，Ｔ２の相対誤差が所定値ε_T以内であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ１０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ１０９へ移行する。尚、この所定値ε_Tは、各トルクセンサのオフセット値や、バックアップ機構７のフリクション分等を考慮した値に設定される。

ステップＳ１０６では、反力モータ３及び転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７では、電磁クラッチ６を開放し、ステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８では、ステアバイワイヤ制御許可フラグを成立させ、制御を終了する。

ステップＳ１０９では、反力モータ３及び転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ１１０へ移行する。

ステップＳ１１０では、警報ランプをＯＮとし、ステップＳ１１１へ移行する。

ステップＳ１１１では、フェールセーフ処理を行い、制御を終了する。このフェールセーフ処理では、警告音等で運転者の注意を喚起を図ることとしてもよいし、イグニッションがＯＮされてもエンジンを始動させないことで安全を確保することとしてもよく特に限定しない。

ステップＳ１１２では、ステアバイワイヤ制御を実行し、制御を終了する。

［実施例１における効果］
実施例１では、バックアップ機構７が正常に作動するかを判定するため、反力モータ３及び転舵モータ５に同一トルク値Ｔを発生させて操舵側トルクセンサ９及び転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ１，Ｔ２を比較し、Ｔ１とＴ２の誤差が所定範囲内であれば、操舵側と転舵側のトルク伝達がバックアップ機構７を介して正常に行われていると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。誤差が所定範囲外、具体的には、バックアップ機構７を介してトルクの伝達が行われておらず、検出値Ｔ１，Ｔ２の絶対値の和が２Ｔであれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われずマニュアルステアが確保できないと判断し、フェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、確実にバックアップ機構７が作動するかどうかを検出することが可能となり、安全性を向上させた車両用操舵装置を提供することができる。また、ロック機構３０によってステアリングホイール１が固定されているため、イニシャルチェックに伴ってステアリングホイール１が大きく回転することがなく、運転者の違和感を低減することができる。

実施例２につき図４に基づき説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例１ではロック機構３０を設け、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２の検出値Ｔ１，Ｔ２の相対誤差が所定値ε_T以内であるかどうかを判断したが、実施例２ではロック機構を設けずに転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２に基づいてイニシャルチェックを行う点で実施例１と異なる。

［実施例２におけるコントロールユニット］

実施例２におけるコントロールユニット１４は、誤差判断部１４３を除いて実施例１と同様である。実施例２における誤差判断部１４３は、まず反力モータ３及び転舵モータ５の双方を互いにトルクが相殺する方向に同一トルク量Ｔで駆動する。すなわち、反力モータ３のトルク方向を正とすれば、反力モータ３はＴ、転舵モータ５は−Ｔのトルクを発生する。

その際、ラック４に作用するトルクＴ２を転舵側トルクセンサ１２によって検出する。バックアップ機構７が正常である場合は反力モータ３と転舵モータ５が互いに同一トルクを発生して互いに回転を規制するため、ラック４はほどんど回転しない。したがって、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が所定範囲内であれば、バックアップ機構７は正常であると判断する。所定範囲を超過すれば、転舵モータ５のトルクをステアリングシャフト側に伝達していないと判断でき、バックアップ機構７は異常と判断する。

また、バックアップ機構７の正常時は反力モータ３はほとんど回転せず、異常時に回転することを利用して操舵角センサ８の検出値Ｎｓが所定値以上となった場合に異常を検出することとしてもよく特に限定しない。尚、ステアリングホイール１の回転を検出する場合は、各モータに与えるトルクＴは、ステアリングホイール１等のイナーシャ分よりも大きなトルクを与え、確実に回転を検出するものとする。このとき、回転角の発生は、操舵角として±１０°前後を範囲として動かすことで、運転者に違和感を与えることなく確実に回転を検出することができる。

［イニシャルチェック制御（ロック機構なし：双方モータ駆動）］
バックアップ機構７が正常に作動するかを判定するため、誤差判断部１４３においてイニシャルチェック制御を行う。停車時のフェールに備えてマニュアルステアを確保するため、イグニッションＯＦＦ時において電磁クラッチ６は締結状態とされている。実施例２では、まず反力モータ３に任意のトルクＴを発生させ、転舵モータ５にも同一トルク値Ｔを発生させる。

バックアップ機構７が正常である場合はステアリングホイール１とラック４間の動力伝達が正常に行われ、反力モータ３と転舵モータ５が互いに同一トルクを発生して互いに回転を規制するため、ステアリングシャフト２及びラック４はほどんど回転しない（互いのモータ回転誤差εｓ分のみである）。したがって、εｔを所定誤差として、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が−εｔ≦Ｔ２≦εｔの範囲内、かつ操舵角センサ８の検出値Ｎｓが各モータ３，５の回転誤差εｓ以内であれば、バックアップ機構７は正常であると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。

バックアップ機構７に異常が発生し、ステアリングホイール１からラック４に動力伝達が行われない状態であれば、転舵モータ５のトルクは全てラック４に伝達されて転舵側トルクセンサ１２に作用し、トルクＴ２の検出値は誤差εｔを超過する。また操舵角センサ８の検出値Ｎｓは各モータ３，５の回転誤差εｓ分を超えて増加する。

また、正常時は反力モータ３はほとんど回転しないため電流値はシステム起動と同時に立ち上がるステップ波形となる。一方、異常時は反力モータ３の回転は拘束されないため電流値は徐々に上昇する遅れ波形となる（図５参照）。ここで、ステアバイワイヤ制御では、反力モータの制御として、現在の角度から反力を作用させる方向に所定角度だけ進んだ目標角度を設定し、この目標角度と現在の実角度との偏差に基づいて電流指令値を演算するよう構成されている。よって、モータが回転しないときは、偏差が解消されず電流値は一気に上昇する。一方、モータが回転するときは、偏差が適宜解消されるため電流値は徐々に上昇することとなることに起因する。尚、トルク制御等によってモータを制御する場合には、モータ回転に伴う逆起電力分の電流値の変化を検出してトルクを推定してもよく、特に限定しない。

したがって、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が所定誤差±εｔを超過するか、または操舵角センサ８の検出値Ｎｓが各モータ３，５の回転誤差εｓを超えればバックアップ機構７の異常を検出してフェールセーフ処理を行う。また、Ｔ２の判定に加え反力モータ３の電流値が遅れ応答となることも併せて検出することにより、異常判定の信頼性を向上させる。

［実施例２におけるイニシャルチェック制御処理］
図４は、実施例２におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０４は、実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様である。

ステップＳ２０５では、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が閾値εｔを超過するか、またはステアリングシャフト２の回転角Ｎｓが閾値εｓを超過するかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ２０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ２０９へ移行する。

ステップＳ２０６〜Ｓ２１１は、実施例１のステップＳ１０６〜Ｓ１１１と同様である。

［実施例２の効果］
実施例２においては、ラック４に作用するトルクＴ２は転舵側トルクセンサ１２によってバックアップ機構７の正常・異常作動を検出する。転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が−εｔ≦Ｔ２≦εｔの範囲内であれば、バックアップ機構７は正常であると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が所定誤差±εｔを超過する、または操舵角センサ８の検出値Ｎｓが各モータ３，５の回転誤差εｓを超過すればバックアップ機構７の異常を検出してフェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、ロック機構を設けることなくイニシャルチェックを可能とすることができる。また、正常時には、ステアリングホイール１を動かすことなくイニシャルチェックすることが可能となり、運転者に違和感を与えることがない。また、基本的に転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２のみに基づいてイニシャルチェックが可能なため、操舵側と転舵側双方のトルクを検出する実施例１と比べより簡易な構成を達成できる。さらに、Ｔ２の判定に加え反力モータ３の電流値が遅れ応答となることも併せて検出することにより、異常判定の信頼性を向上させることができる。

なお、実施例２では転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２を用いて判断したが、回転角を用いて判断しても良い。具体的には、操舵側と転舵側の減速比がｒの場合、転舵モータ５が回転角θ２だけ回転すると反力モータ３はθ２／ｒ回転する。したがって、操舵側、転舵側レゾルバ１０，１１により操舵側と転舵側の実回転角θ１、θ２を検出し、反力モータ３の実回転角θ１と転舵側モータ５によって回転される回転角θ２／ｒを比較し、誤差が所定値以内であればバックアップ機構７は正常であると判断してもよい。

あるいは、反力モータ３の実回転角θ１によって転舵側モータ５がθ１×ｒだけ回転されるため、転舵側モータ５の実回転角θ２と反力モータ３によって回転される回転角θ１×ｒの比較を行い、誤差を演算して判断してもよく特に限定しない。

また、実施例２ではステアリングシャフト２にロック機構を設けないため、ステアリングホイール１は反力モータ３の回転に連れ回ってしまい、操舵側トルクセンサ９の検出値は０（実際には、ステアリングホイール１のイナーシャ分のトルク程度は発生する）である。したがって、反力モータ３の電流値に基づき、反力モータ３の負荷トルクＴ１を検出することで、イニシャルチェック制御処理を実行してもよい。

実施例３につき図６に基づき説明する。基本的な構成は実施例１と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例１のイニシャルチェック制御では反力モータ３及び転舵モータ５の双方を駆動させたが、実施例３では反力モータ３のみを駆動し、この反力モータ３のトルクＴを操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２で検出・比較することによってバックアップ機構７のイニシャルチェックを行う点で異なる。

［イニシャルチェック制御（トルク値比較：反力モータのみ駆動）］
バックアップ機構７が正常でマニュアルステアが確保できている状態では、反力モータ３のトルクはバックアップ機構７を介して転舵側の各部材に伝達する。したがって、実施例３では反力モータ３（または転舵モータ５）のみを駆動した際、反力モータ３とロック機構３０との間に発生するトルクを検出可能であるため、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２の検出値がほぼ同一値と判断された場合、バックアップ機構７は正常であると判断する。

具体的には反力モータ３のみを駆動し、転舵側トルクセンサ１２により検出されたトルクＴ２が所定値以上（反力モータトルクＴに対し、操舵側及び転舵側の２つのトルクセンサにより捩れを検出するため、転舵側トルクセンサ１２で検出されるトルクは略Ｔ／２となる）であれば、誤差判断部１４３においてバックアップ機構７を介して操舵側と転舵側のトルク伝達が正常に行われていると判断し、通常のステアバイワイヤ制御を実行する。所定値未満であれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われていないと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行う。

［イニシャルチェック制御処理（トルク値比較：反力モータのみ駆動）］
図６は、実施例３におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３は、実施例１におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同様である。

ステップＳ３０４では反力モータ３のみをＯＮとし、ステップＳ３０５へ移行する。

ステップＳ３０５では、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２により検出されたトルクＴ１，Ｔ２の誤差が所定値ε_T以下であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ３０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ３０９へ移行する。

ステップＳ３０６では反力モータ３をＯＦＦとし、ステップＳ３０７へ移行する。

ステップＳ３０７、Ｓ３０８は図３のステップＳ１０７，１０８と同様である。

ステップＳ３０９では反力モータ３をＯＦＦとし、ステップＳ３１０へ移行する。

ステップＳ３１０、Ｓ３１２は図３のステップＳ１１０〜Ｓ１１２と同様である。

［実施例３の効果］
実施例３では反力モータ３のみを駆動し、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２により検出されたトルクＴ１，Ｔ２の誤差が所定値ε_T未満であれば、バックアップ機構７を介して操舵側と転舵側のトルク伝達が正常に行われていると判断し、通常のステアバイワイヤ制御を実行する。所定値ε_T以上であれば、操舵側トルクセンサ９のみトルク値が出力され、転舵側トルクセンサ１２のトルク値が出力されておらず、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われていないと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、反力モータ３及び転舵モータ５双方を駆動してイニシャルチェックを行う実施例１に比べ、より簡易な制御によりバックアップ機構７のイニシャルチェックを行うことができる。

実施例４につき図７に基づき説明する。基本的な構成は実施例２と同様であり、ロック機構を設けずに転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２によってイニシャルチェックを行う。実施例２では反力モータ３及び転舵モータ５の双方を駆動したが、実施例４では反力モータ３のみ駆動する点で実施例２と異なる。

［イニシャルチェック制御（ロック機構なし：反力モータのみ駆動）］

実施例４におけるコントロールユニット１４は、誤差判断部１４３を除いて実施例１及び実施例２と同様である。実施例４における誤差判断部１４３は、反力モータ３のみ駆動し、ラック４に作用するトルクＴ２を転舵側トルクセンサ１２によって検出する。実施例２と同様転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が所定値以上であれば、バックアップ機構７は正常であると判断する。所定値未満（例えば０）のときは異常と判断する。

なお、実施例２と同様、バックアップ機構７の正常時は反力モータ３はほとんど回転せず、異常時に回転することを利用して操舵角センサ８の検出値Ｎｓが所定値以上となった場合に異常を検出することとしてもよく特に限定しない。

バックアップ機構７が正常である場合はステアリングホイール１とラック４間の動力伝達が正常に行われ、反力モータ３のトルクはラック４から転舵輪２０に伝達して反力モータ３の回転は規制される。イニシャルチェックに伴って転舵輪２０が転舵することを回避するため、反力モータ３の発生トルクは、転舵輪２０を転舵させない程度のトルクとする。

反力モータ３がラック４にトルクを付与しつつ回転を規制されているため、転舵側トルクセンサ１２に捩れが発生するとともに、操舵角センサ８の検出値Ｎｓはほとんど変化しないこととなる（Ｎｓの変化は転舵側トルクセンサ１２の捩れ角εｓ分のみ）。したがって、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が正の値であれば、バックアップ機構７は正常であると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。

バックアップ機構７に異常が発生し、ステアリングホイール１からラック４に動力伝達が行われない状態であれば、反力モータ３のトルクは全てステアリングシャフト２に伝達され、転舵側トルクセンサ１２には作用しない。したがって、トルクＴ２は０となり、また操舵角センサ８の検出値Ｎｓは転舵側トルクセンサ１２の捩れ角εｓ分を超えて増加する。また、実施例２と同様に正常時は反力モータ３はほとんど回転しないため電流値はシステム起動と同時に立ち上がるステップ波形となる。一方、異常時は反力モータ３の回転は拘束されないため電流値は徐々に上昇する遅れ波形となる（図５参照）。

したがって、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が０、または操舵角センサ８の検出値Ｎｓが転舵側トルクセンサ１２の捩れ角εｓを超過すればバックアップ機構７の異常を検出してフェールセーフ処理を行う。また、Ｔ２、Ｎｓの判定に加え反力モータ３の電流値が遅れ応答となることも併せて検出することにより、異常判定の信頼性を向上することができる。

［実施例４におけるイニシャルチェック制御処理］
図７は、実施例２におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、各ステップにつき説明する。

ステップＳ４０１〜Ｓ４０４は、実施例１のステップＳ１０１〜Ｓ１０４と同様である。

ステップＳ４０５では、転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が０、またはステアリングシャフト２の回転角Ｎｓが閾値εｓを超過するかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ４０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ４０９へ移行する。

ステップＳ４０６〜Ｓ４１１は、実施例１のステップＳ１０６〜Ｓ１１１と同様である。

［実施例４の効果］
実施例４においては、実施例４における誤差判断部１４３は、反力モータ３のみ駆動し、
転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が正の値であれば、バックアップ機構７は正常であると判断して通常のステアバイワイヤ制御を実行する。転舵側トルクセンサ１２の検出値Ｔ２が０、または操舵角センサ８の検出値Ｎｓが転舵側トルクセンサ１２の捩れ角εｓを超過すればバックアップ機構７の異常を検出してフェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、反力モータ３のみの駆動によってイニシャルチェックを行うことで、実施例２の作用効果をより簡易な構成により達成することができる。

実施例５につき図８に基づき説明する。基本構成は実施例３と同様にロック機構３０を設けて操舵側および転舵側トルクを比較するものであるが、反力モータ３のみを駆動した実施例３に対し、実施例５では転舵モータ５のみを駆動してイニシャルチェックを行う点で異なる。

［イニシャルチェック制御処理（トルク値比較：転舵モータのみ駆動）］
図８は、実施例５におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ５０１〜ステップＳ５０３は、実施例１におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同様である。

ステップＳ５０４では転舵モータ５のみをＯＮとし、ステップＳ５０５へ移行する。

ステップＳ５０５では、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２により検出されたトルクＴ１，Ｔ２の誤差が所定値ε_T以下であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ５０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ５０９へ移行する。

ステップＳ５０６では転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ５０７へ移行する。

ステップＳ５０７、Ｓ５０８は図３のステップＳ１０７，１０８と同様である。

ステップＳ５０９では転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ５１０へ移行する。

ステップＳ５１０、Ｓ５１１は図３のステップＳ１１０〜Ｓ１１１と同様である。

［実施例５の効果］
実施例５では転舵モータ３のみを駆動し、操舵側及び転舵側トルクセンサ９，１２により検出されたトルクＴ１，Ｔ２の誤差が所定範囲内（転舵モータトルクＴに対し、操舵側及び転舵側の２つのトルクセンサにより捩れを検出するため、各トルクセンサ９，１２で検出されるトルクは略Ｔ／２となる）であれば、バックアップ機構７を介して操舵側と転舵側のトルク伝達が正常に行われていると判断し、通常のステアバイワイヤ制御を実行する。所定範囲外であれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われていないと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、実施例３と同様に反力モータ３及び転舵モータ５双方を駆動してイニシャルチェックを行う実施例１に比べ、より簡易な制御によりバックアップ機構７のイニシャルチェックを行うことができる。車両設計に合わせ適宜実施例３または実施例５を用いることで、操舵側または転舵モータ３，５のいずれか一方のみを駆動することで、簡易にバックアップ機構７のイニシャルチェックを行うことができる。

実施例６につき図９に基づき説明する。基本的な構成は実施例２と同様であるため異なる点についてのみ説明する。実施例２では反力モータ３及び転舵モータ５の両方を駆動したが、実施例６では転舵モータ５のみ駆動し、反力モータ３及び転舵モータ５の回転角θ１、θ２を検出・比較することでイニシャルチェックを行う点で実施例２と異なる。

［イニシャルチェック制御（モータ回転角比較）］
バックアップ機構７が正常であれば、電磁クラッチ６締結時に転舵モータ５を回転させるとバックアップ機構７を介して反力モータ３にも回転が伝達される。このとき操舵側と転舵側の減速比をｒとすれば、転舵モータ５の回転角θ２に対し反力モータ３の回転角はθ２／ｒとなる。

したがって実施例６では転舵モータ５を駆動し、バックアップ機構７を介して反力モータ３が回転される角度θ２／ｒが所定値Nθ2以上回転したかどうかを判断する。

角度θ２／ｒが所定値Nθ2以上であれば、バックアップ機構７を介して操舵側と転舵側のトルク伝達が正常に行われていると判断し、通常のステアバイワイヤ制御を実行する。所定値Nθ2未満であれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われていないと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行う。なお、反力モータ３のみを駆動することにより転舵モータ５が回される角度を検出して比較してもよく特に限定しない。尚、上記各実施例１〜５では、各モータが発生するトルクＴは、操向輪２０が転舵しない範囲で設定したが、実施例６では、操向輪２０が転舵可能なトルクを付与し、実際の転舵角や操舵角の変化に基づいてイニシャルチェック制御を行う。

［イニシャルチェック制御処理（モータ回転角比較）］
図９は、実施例６におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳ６０１〜ステップＳ６０３は、図３のフローチャートにおけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３と同様である。

ステップＳ６０４では転舵モータ５のみをＯＮとし、ステップＳ６０５へ移行する。

ステップＳ６０５では、転舵モータ５の回転によって反力モータ３が回される角度θ２／ｒが、所定値Nθ2以上であるかどうかが判断され、ＹＥＳであればステップＳ６０６へ移行し、ＮＯであればステップＳ６０９へ移行する。

ステップＳ６０６では転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ６０７へ移行する。

ステップＳ６０７、Ｓ６０８は図３のステップＳ１０７，１０８と同様である。

ステップＳ６０９では転舵モータ５をＯＦＦとし、ステップＳ６１０へ移行する。

ステップＳ６１０〜Ｓ６１２は図３のステップＳ１１０〜Ｓ１１２と同様である。

［実施例６の効果］
実施例６ではまず転舵モータ５を回転させ、この転舵モータ５の回転角θ２に対応する所定値Nθ2と、バックアップ機構７を介して回転される反力モータ３の回転角θ１を比較し、転舵モータ５の回転によって反力モータ３が回される角度θ２／ｒが所定値Nθ2以上かどうかを判断する。

所定値Nθ2以上であればバックアップ機構７を介して操舵側と転舵側のトルク伝達が正常に行われていると判断し、通常のステアバイワイヤ制御を実行する。所定値Nθ2未満であれば、バックアップ機構７を介したトルク伝達が正常に行われていないと判断し、車両発進禁止や警報装置の作動など、フェールセーフ処理を行うこととした。

これにより、安価な回転センサを用いてイニシャルチェックを行うことでコスト低減を図ることができる。また、車両に合わせトルクによるイニシャルチェックと併用することにより、実施例１ないし３の効果も合わせて得ることができる。

尚、モータ回転角に代えて、より運転者に近いステアリングシャフト２の回転角である操舵角センサ８に基づきイニシャルチェックを行ってもよい。これにより、マニュアルステアが確保できているかどうかのチェックを一層確実に実施することができる。

また、実施例１〜６に基づいてイニシャルチェック処理を説明したが、車両に合わせて各実施例を組み合わせることにより、イニシャルチェックの信頼性をより向上させることができる。

（他の実施例）
以上、本発明の車両用操舵装置を実施例１ないし実施例６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。

例えば、本願実施例ではクラッチとして電磁クラッチを用いたが、摩擦式クラッチを用いてもよい。また、実施例１では操舵側及び転舵側の双方のモータを互いのトルクが相殺し合う向きにトルクを付与し、操舵側と転舵側のトルクセンサの検出値の誤差の値によりバックアップ機構の正常／異常を判断したが、操舵側と転舵側の回転角によって正常／異常を検出することとしてもよい。

また、本願実施例では、イグニッションがＯＮされたときに、バックアップ機構の正常／異常を判断していたが、ステアバイワイヤシステムの電源がＯＮされたときに判断すればよく、ドアロックの解除や運転席のドア開等で、電源をＯＮとしてイニシャルチェックを開始するようにしてもよい。

車両用操舵装置を示すシステム構成図である。 コントローラの制御ブロック図である。 実施例１におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。 正常時と異常時における反力モータ電流値の経時変化を示す図である。 実施例３におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例４におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例５におけるイニシャルチェック制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例６におけるイニシャルチェック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
２ ステアリングシャフト
２ 回転角センサ
３ 反力モータ
４ ステアリングラック
５ 転舵モータ
６ 電磁クラッチ
７ バックアップ機構
７ａ ステアリング側ケーブルプーリ
７ｂ 操向輪側ケーブルプーリ
７ｃ，７ｄ ケーブル
８ 操舵角センサ
９ 操舵側トルクセンサ
１０ 操舵側レゾルバ
１１ 転舵側レゾルバ
１１ 転舵モータ
１２ 転舵側トルクセンサ
１３ ロータリエンコーダ
１４ コントロールユニット
１５ ピニオンシャフト
２０ 操向輪
２１ 警報ランプ
３０ ロック機構
１４１ ステアバイワイヤ制御部
１４２ クラッチ制御部
１４３ 誤差判断部
１４４ フェールセーフ処理部

Claims (20)

1. ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに接続し、反力を付与する反力アクチュエータと、
   操向輪に接続されたラックと、
   前記ラックを駆動して、前記操向輪を転舵駆動する転舵アクチュエータと、
   前記ステアリングシャフトと前記ラックとの間を締結及び解放可能なクラッチを有するバックアップ機構と、
   を有する車両用操舵装置において、
   前記ステアリングシャフトの状態を検出する第１検出手段と、前記ラックの状態を検出する第２検出手段を設け、
   前記クラッチが締結されているときに、前記転舵アクチュエータを駆動し、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認するバックアップ作動確認手段を設けたこと
   を特徴とする車両用操舵装置。
2. ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに接続し、反力を付与する反力アクチュエータと、
   操向輪に接続されたラックと、
   前記ラックを駆動して、前記操向輪を転舵駆動する転舵アクチュエータと、
   前記ステアリングシャフトと前記ラックとの間を締結及び解放可能なクラッチを有するバックアップ機構と、
   を有する車両用操舵装置において、
   前記ステアリングシャフトの状態を検出する第１検出手段と、前記ラックの状態を検出する第２検出手段を設け、
   前記クラッチが締結されているときに、前記反力アクチュエータを駆動し、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認するバックアップ作動確認手段を設けたこと
   を特徴とする車両用操舵装置。
3. ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、
   前記ステアリングシャフトに接続し、反力を付与する反力アクチュエータと、
   操向輪に接続されたラックと、
   前記ラックを駆動して、前記操向輪を転舵駆動する転舵アクチュエータと、
   前記ステアリングシャフトと前記ラックとの間を締結及び解放可能なクラッチを有するバックアップ機構と、
   を有する車両用操舵装置において、
   前記ステアリングシャフトの状態を検出する第１検出手段と、前記ラックの状態を検出する第２検出手段を設け、
   前記クラッチが締結されているときに、前記反力アクチュエータと前記転舵アクチュエータの双方を、それぞれのトルクが相殺する方向に同一トルクを付与するよう駆動し、前記第１検出手段及び／又は前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認するバックアップ作動確認手段を設けたこと
   を特徴とする車両用操舵装置。
4. 請求項１または３に記載の車両用操舵装置において、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
   前記第２検出手段は、ラックに付与されるトルクを検出し、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段により検出されたトルクが所定値未満のときは正常作動と判断し、所定値以上のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
5. 請求項２に記載の車両用操舵装置において、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
   前記第２検出手段は、ラックに付与されるトルクを検出し、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段により検出されたトルクが所定値以上のときは正常作動と判断し、所定値未満のときは異常作動と判断すること
   を特徴とする車両用操舵装置。
6. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
   前記第１検出手段は、ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出し、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段により検出されたトルクが所定値以上のときは正常作動と判断し、所定値未満のときは異常作動と判断すること
   を特徴とする車両用操舵装置。
7. 請求項２または３に記載の車両用操舵装置において、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
   前記第1検出手段は、ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出し、前記バックアップ作動確認手段は、前記第1検出手段により検出されたトルクが所定値未満のときは正常作動と判断し、所定値以上のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
8. 請求項１ないし３いずれかに記載の車両用操舵装置において、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段及び前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
   前記第1検出手段は、ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出し、
   前記第２検出手段は、ラックに付与されるトルクを検出し、
   前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段により検出されたトルクと前記第２検出手段により検出されたトルクとのトルク差が所定値未満のときは正常作動と判断し、所定値以上のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
9. 請求項６ないし８いずれかに記載の車両用操舵装置において、
   前記第１検出手段は、前記ステアリングホイールと前記反力アクチュエータの間のステアリングシャフトに付与されるトルクを検出すること
   を特徴とする車両用操舵装置。
10. 請求項９に記載の車両用操舵装置において、
    前記反力アクチュエータは電動モータであり、
    前記第１検出手段は、前記電動モータの電流値に基づいて前記ステアリングシャフトに付与されるトルクを検出すること
    を特徴とする車両用操舵装置。
11. 請求項４，５及び８いずれかに記載の車両用操舵装置において、
    前記ラックと前記転舵アクチュエータは、ピニオンシャフトを介して接続され、
    前記第２検出手段は、前記ラックと前記転舵アクチュエータの間のピニオンシャフトに付与されるトルクを検出する手段としたこと
    を特徴とする車両用操舵装置。
12. 請求項１１に記載の車両用操舵装置において、
    前記転舵アクチュエータは電動モータであり、
    前記第２検出手段は、前記電動モータの電流値に基づいて前記ピニオンシャフトに付与されるトルクを検出すること
    を特徴とする車両用操舵装置。
13. 請求項１に記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
    前記第１検出手段は、前記反力アクチュエータの回転角を検出し、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段により検出された回転角が所定値以上のときは正常作動と判断し、所定値未満のときは異常作動と判断すること
    を特徴とする車両用操舵装置。
14. 請求項２または３に記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
    前記第１検出手段は、前記反力アクチュエータの回転角を検出し、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段により検出された回転角が所定値以上のときは異常作動と判断し、所定値未満のときは正常作動と判断すること
    を特徴とする車両用操舵装置。
15. 請求項１または３に記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
    前記第２検出手段は、前記転舵アクチュエータの回転角を検出し、前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段により検出された回転角が所定値未満のときは正常作動と判断し、所定値以上のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
16. 請求項２に記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
    前記第２検出手段は、前記転舵アクチュエータの回転角を検出し、前記バックアップ作動確認手段は、前記第２検出手段により検出された回転角が所定値以上のときは正常作動と判断し、所定値未満のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
17. 請求項１ないし３いずれかに記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第１検出手段及び前記第２検出手段の検出値に基づいて前記バックアップ機構の作動を確認する手段であり、
    前記第1検出手段は、前記反力アクチュエータの回転角を検出し、
    前記第２検出手段は、前記転舵アクチュエータの回転角を検出し、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記第1検出手段により検出された回転角と前記第２検出手段により検出された回転角との回転角差が所定値未満のときは正常作動と判断し、所定値以上のときは異常作動と判断することを特徴とする車両用操舵装置。
18. 請求項１ないし１７いずれか１つに記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段は、前記クラッチが締結されているときに前記バックアップ機構の作動を確認し、
    前記クラッチは、前記バックアップ作動確認手段のバックアップ機構の作動確認後に解放すること
    を特徴とする車両用操舵装置。
19. 請求項１ないし１７いずれか１つに記載の車両用操舵装置において、
    前記クラッチは、前記車両用操舵装置の電源がオフされているときには締結し、電源がオフからオンとなったときに、前記バックアップ作動確認手段によるバックアップ機構の作動を確認後に解放すること
    を特徴とする車両操舵装置。
20. 請求項１ないし１９いずれかに記載の車両用操舵装置において、
    前記バックアップ作動確認手段のバックアップ機構の確認時に、前記ステアリングシャフトの回転を拘束するロック機構を設けたことを特徴とする車両用操舵装置。

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