JP4248287B2 - ステアバイワイヤシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドルと操舵車輪とが機械的に分離して配置され、両者の動作を電気的な信号によって制御するステアバイワイヤシステムに関し、特に、自動車に搭載されるステアバイワイヤシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車分野においても、ハンドルと操舵車輪を機械的に分離して配置し、それらの動作を電気信号によって制御するいわゆるステアバイワイヤシステムの開発が進められている。ステアバイワイヤシステムでは、長尺のステアリングシャフトが省かれるため、ステアリング装置のレイアウト性が向上し、車内デザインの自由度も向上する。また、自動操舵運転時などに適宜ハンドル動作を抑えることも可能なため、ハンドル操作の違和感を運転者に与えないなどのメリットが存在する。
【０００３】
このようなステアバイワイヤシステムでは、車輪側とハンドル側のそれぞれにモータが配置される。車輪側のモータはステアリング力を発生し、操舵輪の転舵を行う。ハンドル側のモータはハンドル操作に対する反力を付与すると共に、車輪側の動きに応じてハンドルを作動させる。各モータにはそれぞれ、回転角を検知するエンコーダ等の回転角センサが取り付けられている。両モータは、車輪側とハンドル側に個々に配置された制御回路（ＣＰＵ）によって駆動制御される。両ＣＰＵは信号線によって接続されており、互いに回転角センサから得た角度情報をやり取りして操舵制御を行っている。
【０００４】
運転者によってハンドルが操作されると、ハンドルの操作角度が回転角センサによって検出される。検出された操作角度はハンドル側のＣＰＵに送られる。ハンドル側ＣＰＵは、それを角度信号として、信号線を介して車輪側ＣＰＵに送出する。車輪側ＣＰＵはこの角度信号に基づき、ハンドル操作角度に見合った量だけ操舵輪を転舵させるべく、車輪側モータを駆動させる。これにより、操舵輪が運転者の所望の角度だけ転舵される。
【０００５】
一方、操舵輪が縁石に乗り上げるなどしてその舵角が変わった場合には、前述の逆の動作が行われる。すなわち、車輪の舵角が変わると、その動きはタイロッドを介して車輪側モータに伝わり、その回転角が回転角センサによって検出される。検出されたモータ回転角度は車輪側ＣＰＵに送られる。車輪側ＣＰＵは、それを角度信号として、信号線を介してハンドル側ＣＰＵに送出する。ハンドル側ＣＰＵはこの角度信号に基づき、車輪の舵角に見合った量だけハンドルを回転させるべく、ハンドル側モータを駆動させる。これにより、車輪の舵角変化がハンドルに反映されると共に、ハンドルの操舵反力として操舵輪の動向が運転者に伝達される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車輪に舵角変化が生じた場合であっても、転舵方向も含めて車輪の動作を認識するには、回転角センサからの検出信号が複数パルス必要となる。また、ＣＰＵは動作クロックの関係から、回転角センサの検出信号や相手方ＣＰＵからの角度信号を取り込むのにタイムラグが生じる場合がある。このため、実際に車輪が動いてから、数パルス分の舵角変化の後に初めてそのことをハンドル側ＣＰＵが認識する。従って、その分だけハンドルの動作に若干ながら時間遅れが生じるという問題があった。
【０００７】
また、車輪の操舵角度に比例した操舵反力をハンドル側モータで発生させるような制御を行っている場合、車輪の舵角変化が小さいときや、変化当初の小角度時には、モータ駆動力が小さく十分な反力が得られないという問題もあった。例えば、１°の角度変化に対して１Ａの電流をハンドル側モータに供給して反力を発生させるような制御を行っている場合、モータが５Ａ未満では駆動しないときには、１°〜４°の角度変化ではモータが作動せず、反力は得られないことになる。
【０００８】
一方、ハンドルが操作されて車輪が動く場合も、前述と同様の理由により、角度情報の伝達にいくらかの時間遅れが生じる。このため、ハンドルが操作されてからステアリング力が発生するまでに若干のタイムラグが生じ、操舵フィーリングが損なわれるという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、ステアバイワイヤシステムにおけるタイムラグを低減させ、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第２回転状態信号生成手段とを有し、前記第２制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第２モータが回転しているが前記第１モータが回転していない場合には、前記第１制御手段に送出する角度情報に対し前記第２モータの回転角度変化を実際よりも上乗せして前記第１制御手段に送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明のステアバイワイヤシステムにあっては、第１及び第２制御手段は、第１及び及び第２回転状態信号生成手段から出力される回転状態信号によって第１及び第２モータの動作を認識することができる。アナログの回転状態信号は角度情報よりも先に第１及び第２制御手段に到達し、第１及び第２制御手段はそれを利用していち早く第１及び第２モータを制御できる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。
【００１２】
前記ステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１及び第２回転状態信号生成手段を、前記回転角センサから出力される信号を整流する整流回路と、前記整流回路の出力信号を積分処理する積分回路とを有する構成としても良い。この場合、前記整流回路の前段に、前記回転角センサから出力される信号を微分処理する微分回路をさらに設けても良い。
【００１３】
また、前記ステアバイワイヤシステムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第２モータが回転しているが前記第１モータが回転していない場合には、前記第１制御手段に送出する角度情報に対し前記第２モータの回転角度変化を実際よりも上乗せして前記第１制御手段に送信するようにしても良い。
【００１４】
本発明の他のステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第２回転状態信号生成手段とを有し、前記第１制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第１モータが回転しているが前記第２モータが回転していない場合には、前記第１モータの回転角度が所定角度以上のときは、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させることを特徴とする。この場合、前記第１制御手段は、前記第１モータの回転角度が所定角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させるようにすることも可能である。また、前記第１制御手段は、前記操舵車輪の機械的な操舵限界に設定された突き当て位置に至る手前に近接認識位置を設定し、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上になっている場合、前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させる準備を行い、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させるようにすることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるステアバイワイヤシステムの構成を示す説明図、図２は図１のステアバイワイヤシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ハンドル側と車輪側とは機械的には接続されておらず、各々別個に配置されている。
【００１６】
ハンドル側には、ハンドル１と、ハンドル１に反力を付与するための減速機構付きモータ１１（第１モータ）が設けられている。モータ１１の出力軸は、減速機構を介して、ハンドル１の中心に固定されたステアリングシャフト１３と接続されている。また、モータ１１には、ディジタル式のエンコーダを用いた回転角センサ１４（第１回転角センサ）が取り付けられている。
【００１７】
ハンドル側にはさらに、モータ１１を駆動制御するハンドル側制御回路１２（第１制御手段、以下、ＣＰＵ１２と略記する）が設けられている。モータ１１とＣＰＵ１２との間は信号線３１ａにて接続されている。また、ＣＰＵ１２は信号線３１ｂを介して回転角センサ１４と接続されている。回転角センサ１４からはモータ１１の回転に伴いパルス信号が出力され、ＣＰＵ１２に送られる。ＣＰＵ１２は、このパルス信号をカウントすることによりモータ１１の回転角度を検出し、ハンドル１の動作角度を算出する。
【００１８】
車輪側には、ステアリングギヤ装置２と、ステアリング力を発生するためのモータ２１（第２モータ）が設けられている。モータ２１はステアリングギヤ装置２に取り付けられており、その出力軸はラック軸２３とラックアンドピニオン方式で噛合している。ラック軸２３の両端には車輪２５が取り付けられている。また、モータ２１には、ディジタル式のエンコーダを用いた回転角センサ２４（第２回転角センサ）が取り付けられている。
【００１９】
車輪側にもモータ２１を駆動制御する車輪側制御回路２２（第２制御手段、以下、ＣＰＵ２２と略記する）が設けられている。モータ２１とＣＰＵ２２との間は信号線３２ａにて接続されている。また、ＣＰＵ２２は信号線３２ｂを介して回転角センサ２４と接続されている。回転角センサ２４からはモータ２１の回転に伴いパルス信号が出力され、ＣＰＵ２２に送られる。ＣＰＵ２２は、このパルス信号をカウントすることによりモータ２１の回転角度を検出し、車輪２５の操舵角度を算出する。
【００２０】
ＣＰＵ１２，２２の間は信号線３３ａ,３３ｂにて接続されており、互いに車輪２５やハンドル１の角度情報をやり取りしている。信号線３３ａは、ハンドル側から車輪側に角度信号を送信し、信号線３３ｂは車輪側からハンドル側に角度信号を送信する。なお、前述の信号線３１ａはＣＰＵ１２からモータ１１に対する駆動指令信号を送信し、信号線３１ｂは回転角センサ１４からのパルス信号をＣＰＵ１２に送信する。また、信号線３２ａはＣＰＵ２２からモータ２１に対する駆動指令信号を送信し、信号線３２ｂは回転角センサ２４からのパルス信号をＣＰＵ２２に送信する。
【００２１】
一方、ハンドル側と車輪側との間には、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂが設けられている。ＣＰＵ１２，２２は、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂを用いて、角度情報とは別にアナログ信号によるモータ１１,２１の動作情報をやり取りしている。回転状態信号生成回路３ａ（第１回転状態信号生成手段）には回転角センサ１４からのパルス信号が入力され、アナログ信号に変換された後、ＣＰＵ２２に送出される。同様に、回転状態信号生成回路３ｂ（第２回転状態信号生成手段）には回転角センサ２４からのパルス信号が入力され、アナログ信号に変換された後、ＣＰＵ１２に送出される。
【００２２】
回転状態信号生成回路３ａは、信号線３１ｂから分岐した信号線３４ａを介して回転角センサ１４に接続され、信号線３５ａによってＣＰＵ２２に接続されている。回転状態信号生成回路３ｂは、信号線３２ｂから分岐した信号線３４ｂを介して回転角センサ２４に接続され、信号線３５ｂによってＣＰＵ１２に接続されている。なお、回転状態信号生成回路３ａはＣＰＵ１２、回転状態信号生成回路３ｂはＣＰＵ２２とも、ぞれぞれ信号線３６ａ,３６ｂによって接続されている。
【００２３】
回転状態信号生成回路３ａ,３ｂは同一構成となっており、図２に示すように、入力側から順に、微分回路４１，整流回路４２，積分回路４３，増幅回路４４を備えている。図３は、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂにおける信号変換過程を示す説明図であり、（ａ）は入力波形、（ｂ）は微分処理後の波形、（ｃ）は整流処理後の波形、（ｄ）は積分処理後の波形をそれぞれ示している。
【００２４】
回転状態信号生成回路３ａ,３ｂに入力されたパルス信号（図３（ａ））は、微分回路４１によって微分処理され、図３（ｂ）のような波形の信号に変換される。次に、その信号が整流回路４２によって整流され、図３（ｃ）のような波形の信号に変換される。さらに、整流後の信号は積分回路４３にて図３（ｄ）のような波形の信号に変換され、増幅回路４４にて増幅された後、ＣＰＵ１２,２２に出力される。
【００２５】
次に、このようなステアバイワイヤシステムの作用について説明する。図４は車輪側のＣＰＵ２２における処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２によるモータ２１の制御やＣＰＵ１２に対する情報提供に関する基本的な制御は、回転角センサ１４,２４のパルス信号から得られる角度情報に基づいて行われる。その一方、ＣＰＵ２２は回転状態信号生成回路３ａ,３ｂから出力される回転状態信号を常時監視しており、モータ２１の回転開始検出に際し、このアナログ信号を利用して制御タイムラグの低減を図っている。
【００２６】
図４に示すように、ＣＰＵ２２は、まずステップＳ１にて車輪２５の動作をチェックする。つまり、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号により、モータ２１の回転をチェックする。ここで、従来のステアバイワイヤシステムでは、回転角センサ２４のパルス信号からモータ２１の回転の有無を直接判断するため、ＣＰＵ２２の読み取りサイクルとパルス出現の兼ね合いによって、数ms〜数十msのタイムラグが生じる場合がある。
【００２７】
これに対し、本発明のステアバイワイヤシステムでは、アナログの回転状態信号からモータ２１の回転の有無を判断するため、回転角センサ２４からパルス信号が出力されると直ちにそれを把握することができる。すなわち、図３（ｄ）に示すように、回転状態信号は回転角センサ２４からパルス信号を受けると直ちに発生し、その後徐々に電圧が降下する形態の波形を有している。このため、読み取りサイクルにかかわらず、ＣＰＵ２２は回転状態信号の電圧を検知できる可能性が極めて大きい。従って、ＣＰＵ２２は、ほぼリアルタイムでモータ２１の回転（車輪２５の動作）の有無を把握できる。
【００２８】
そこで、ステップＳ２において、回転状態信号が入力されているか否かによって車輪２５の動作確認を行い、モータ２１が回転していない場合には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、モータ２１の回転角度（車輪２５の舵角）と、ＣＰＵ１２から送られてきたモータ１１の回転角度（ハンドル１の動作角）との角度差がチェックされ、車輪２５をハンドル１の動作角に見合った角度に作動させる処理が実行される。つまり、車輪２５の舵角がハンドル１の動作角に見合っていればモータ２１は停止され、両者が異なっていればそれらを合わせるようにモータ２１を駆動する。
【００２９】
ステップＳ２においてモータ２１が回転している場合にはステップＳ４に進み、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号により、ハンドル１の状態をチェックする。この際も、ハンドル１の動作に即応して回転状態信号が入力されるため、ほぼリアルタイムでハンドル１の状態が把握される。そして、モータ１１が回転している場合は、車輪２５もハンドル１も動作している場合であり、ステップＳ６に進み、ステップＳ３と同様に、角度差を使用した通常の制御を実行する。
【００３０】
これに対し、ステップＳ５にてハンドル１が動作していない場合は、車輪２５の舵角が変化したにもかかわらず、ハンドル１が作動していない状態を示している。例えば、車輪２５が縁石に乗り上げて舵角が変わった直後などはこの状態となる。そこで、ＣＰＵ２２は、ステップＳ７に進んでハンドル１をいち早く作動させる処理を行う。
【００３１】
ここで、車輪２５の操舵角度に比例した操舵反力をハンドル側のモータ１１で発生させるような制御を行っている場合、前述のように、車輪２５の角度変化が小さいときや、変化当初の小角度時には、モータ駆動力が小さく十分な反力が得られない。図５は、例えば、簡単のため１°のモータ２１の回転角度変化に対して１Ａの電流をモータ１１に供給して反力を発生させるとした場合の制御形態を示す表である。なお、回転角センサ２４も、簡単のためモータ２１の回転１°につき１パルス出力されるとする。
【００３２】
図５に示すように、モータ２１の回転角度変化が２°以下の場合には、モータ１１にはまだ電流は供給されない。これは、回転角センサ２４からの出力が複数パルス得られないと、モータ２１の回転方向、すなわち車輪２５の転舵方向が検出できないためである。車輪２５が３°動かされると、その転舵方向が把握され、舵角変化に合わせてモータ１１に電流が供給される。この際、従来の制御方式では、モータ２１の回転角度変化に合わせて電流供給が行われ、３°回転時には３Ａの電流が供給される。ところが、モータ１１は５Ａ以上の電流が供給されないと作動しない。このため、モータ２１が５°回転しないとモータ１１が作動せず、５°分の動作遅れが生じる。なお、表中の網掛け部分は、モータ１１が作動する場合を示している。
【００３３】
これに対し、当該ステアバイワイヤシステムでは、ＣＰＵ２２はステップＳ７において、モータ２１の回転角度変化を実際よりも上乗せしてハンドル側に送信する上乗せ処理を行う。すなわち、ＣＰＵ２２は、モータ２１が回転しているがモータ１１は回転していない場合（車輪２５が動いているがハンドル１は動いていない場合）には、モータ２１の回転角度変化が３°以上になったとき、回転角度を２°上乗せし、角度情報として「５°」をＣＰＵ１２に送出する。これを受けたＣＰＵ１２は、５°に対応する電流５Ａをモータ１１に供給する。このため、モータ１１は回転角度変化が３°の時点から作動する。従って、図５の網掛け部分の違いから明らかなように、モータ１１は上乗せ情報により、それがない場合よりも２°分早く作動する。
【００３４】
このステップＳ７における上乗せ処理は、モータ２１の回転に伴う角度情報がＣＰＵ２２ではまだ得られていない場合にも、回転状態信号の取得により直ちに実施される。角度情報の伝達には数msの遅れが生じる場合があるが、アナログ信号の遅延はマイクロ秒のレベルに留まる。従って、モータ２１の回転角度変化を回転状態信号によって受け取ったＣＰＵ２２は、いち早くハンドル側の動作を実行させることができる。このため、従来の制御形態に比してタイムラグが低減され、車輪２５の舵角変化に対するハンドル１の応答性を高めることができる。
【００３５】
このように、車輪２５が動いた場合には、それをアナログ信号にていち早く知ったＣＰＵ２２は、角度情報に先んじてＣＰＵ１２に働き掛け、ハンドル１を車輪２５の状態に近付けるように積極的に動作する。これにより、運転者はいち早く車輪２５の動作を認識することができ、状況に応じた対応を素早く採ることが可能となる。なお、図５において、モータ２１の回転角度変化が３°〜５°の間は、角度情報にズレが生じることになるが、このズレは回転当初だけのものであり、角度５°以降は正しいデータに移行するため、操舵フィーリング的にも違和感はない。
【００３６】
図６はハンドル側のＣＰＵ１２における処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ１２においても、モータ１１の制御やＣＰＵ２２に対する情報提供に関する基本的な制御は回転角センサ１４,２４のパルス信号から得られる角度情報に基づいて行われる。また、ＣＰＵ１２も回転状態信号生成回路３ａ,３ｂから出力される回転状態信号を常時監視しており、モータ１１の回転開始検出に際し、このアナログ信号を利用して制御タイムラグの低減を図っている。
【００３７】
図６に示すように、ここではまず、ステップＳ１１にて車輪側の動作をチェックする。つまり、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号により、モータ２１の回転をチェックする。この場合も、アナログの回転状態信号からモータ２１の回転の有無を判断するため、ＣＰＵ１２は、ほぼリアルタイムでモータ２１の回転（車輪２５の動作）の有無を把握できる。ここでは特に、モータ２１の停止確認が、その後のハンドル突き当て処理のため重要であり、角度情報を用いた場合、回転角センサ１４,２４のパルス信号を数パルス分見ないとモータ２１の停止は確定できない。これに対し回転状態信号を用いると、モータ２１が停止すると素早く０Ｖとなるため、モータ停止確認もリアルタイムで把握することができる。
【００３８】
そこで、ステップＳ１２において、回転状態信号が入力されているか否かによって車輪２５の動作確認を行い、モータ２１が回転している場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、車輪２５の機械的な操舵限界を検出するための突き当て検出タイマをリセットする。タイマリセット後、ステップＳ１４に進み、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号により、ハンドル１の状態をチェックする。この際も、ハンドル１の動作に即応して回転状態信号が入力されるため、ほぼリアルタイムでハンドル１の状態が把握される。
【００３９】
ステップＳ１５においてモータ１１の回転の有無が判断され、モータ１１が回転している場合は、車輪２５もハンドル１も動作している場合であり、ステップＳ１６に進み、図４のステップＳ３と同様に、角度差を使用した通常の制御を実行する。なお、図４のステップＳ３,Ｓ６も含め、モータ１１,２１の通常制御には、モータを停止させる場合も含まれる。
【００４０】
これに対し、モータ１１が回転していない場合は、車輪２５の舵角が変化したにもかかわらず、ハンドル１が作動していない状態を示している。従って、ＣＰＵ１２は、ステップＳ１７に進んでハンドル１を作動させる処理を行う。すなわち、モータ１１の回転角度（ハンドル１の動作角）と、ＣＰＵ２２から送られてきたモータ２１の回転角度（車輪２５の舵角）との角度差がチェックされ、ハンドル１を車輪２５の舵角に見合った角度に作動させる処理が実行される。この際、ハンドル１の動作角が車輪２５の舵角に見合っていればモータ１１は停止され、両者が異なっていればそれらを合わせるようにモータ１１が駆動される。
【００４１】
ステップＳ１７の処理では、図４のステップＳ７にて上乗せ処理された角度情報がＣＰＵ２２から送られてくるため、ハンドル１はいち早く車輪２５の舵角に見合った角度となる。なお、ＣＰＵ１２は、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号によりモータ２１の回転をいち早く認識している。このため、上乗せ処理を行っていない場合においても、ＣＰＵ１２は、モータ２１の回転を認識した時点でモータ１１の作動準備に入ることができる。従って、ＣＰＵ２２からモータ２１の回転方向の分かる角度情報を得た段階で、ＣＰＵ１２は上乗せ処理と同様にモータ１１を作動させることもできる。つまり、図５の例を参照して言えば、ＣＰＵ２２から「左回転；３°」の情報を得た時点で、モータ１１に５Ａ供給し、上乗せ処理と同等の制御を行うことができる。
【００４２】
一方、ステップＳ１２において、モータ２１が回転していない場合には、ステップＳ１８に進み、ステップＳ１４と同様に、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号によってハンドル１の状態をチェックする。ステップＳ１９においてモータ１１の回転の有無が判断され、モータ１１が回転していない場合は、車輪２５もハンドル１も動作していない場合であり、ステップＳ１１に戻る。これに対して、モータ１１が回転している場合は、車輪２５は作動していないがハンドル１は作動している場合であり、ステップＳ２０に進み、ハンドル側モータ１１の動作角度範囲がチェックされる。
【００４３】
ステップＳ２０からステップＳ２１に進んで、モータ１１の現在の角度が、車輪２５の機械的な操舵限界に設定された「突き当て位置」に近いか否かが判断される。モータ１１には、原点位置Ｏと突き当て位置Ｌに加えて、突き当て位置から原点位置側に所定角度（例えば、９０°）戻った位置に設定された近接認識位置Ｎが設けられている。このとき、車輪２５が操舵限界位置よりも遠く、モータ１１の回転角度が近接認識位置Ｎに至っていなければ、特にハンドル側にてハンドル１に対し突き当て処理を行う必要がない。このため、その場合はステップＳ１６に進み、通常の制御が行われる。
【００４４】
これに対しモータ１１の回転角度が近接認識位置Ｎの角度以上になっている場合（車輪２５が操舵限界位置に近い場合）には、ステップＳ２２に進み、ハンドル突き当て処理の準備に入る。まず、ステップＳ２２では、突き当て検出タイマの状態がチェックされる。前述のように、突き当て検出タイマは、モータ２１が回転している間は常にステップＳ１３にてリセットされている。その後、モータ２１が停止しない限り突き当て検出タイマはリセットされ、ステップＳ１２おいて停止が確認されるとステップＳ２２に至る。
【００４５】
ステップＳ２２にて突き当て検出タイマの経過時間がチェックされ、ステップＳ２３に進むと、タイマ経過時間（ＴM）が予め所定時間に設定された突き当て判定時間（ＴS）を超えたか否かが判断される。この突き当て判定時間ＴSは、モータ１１が近接認識位置Ｎに至った後、突き当て位置Ｌに至るまでの時間（例えば100ms）であり、人間のハンドル操作に基づいて設定されている。タイマ経過時間ＴMが突き当て判定時間ＴS以内の場合には、モータ１１が突き当て位置Ｌには到達していないと判断し、ステップＳ２４に進み、タイマをインクリメントしステップＳ１１に戻る。
【００４６】
これに対し、タイマ経過時間ＴMが突き当て判定時間ＴSを超えている場合には、モータ１１が突き当て位置Ｌに到達していると判断され、ＣＰＵ１２は、ステップＳ２５にてハンドル１に対し突き当て処理を行う。すなわち、モータ１１を駆動させて車輪突き当て反力をハンドル１に発生させ、ハンドル１をそれ以上回転できないようにする。このハンドル１に生じた操舵反力により、運転者は車輪２５が突き当て位置に至ったことを認識できる。
【００４７】
このようにＣＰＵ１２は、ハンドル側モータ１１が回転しているが、車輪側モータ２１が回転していない場合には、モータ１１の回転角度が突き当て位置Ｌに近いかどうかを判断する（Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１８→Ｓ１９→Ｓ２０）。そして、モータ１１が突き当て位置Ｌに近い場合には、ハンドル側にて突き当て処理を行ってハンドル１の操作を規制する（Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３→Ｓ２５）。図６の処理は、例えば50ms毎など、所定の時間間隔にて繰り返し実行され、これにより、ステアリングの突き当て検出を容易かつ確実に行うことができ、車輪側は動かなくなっているにもかかわらず、ハンドル操作が可能な状態を回避できる。また、この場合もモータ１１,２１の回転の有無は回転状態信号生成回路３ａ,３ｂからの回転状態信号によって判断されるため、応答遅れの少ない迅速な突き当て処理が実現できる。
【００４８】
当該ステアバイワイヤシステムでは、前述のようにハンドル側，車輪側のどちらが動き始めた場合も、動作開始情報がディジタルの角度情報よりも先にアナログ信号としてＣＰＵ１２,２２に伝えられる。そして、ＣＰＵ１２,２２は、それを使用して他方の動作を開始させることができるため、素早く相手方の制御を行うことが可能となる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。また、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂは比較的簡単な回路によって構成されるため、システム構成を複雑化させたり、システムコストを増大させたりすることなく、ステアバイワイヤシステムの応答性向上を図ることが可能となる。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、システム構成を分かり易くするため、信号の系統毎に別途信号線を設けた構成を示したが、適宜信号線を統合することも可能であり、信号線の数は前述の形態には限定されない。また、図５におけるモータ１１の制御形態はあくまでも一例であり、そこで示したモータ２１の角度変化とモータ１１への電流供給量は例示に過ぎない。なお、モータ１１,１２の制御形態も電流制御には限定されず、ＰＷＭ制御等、種々の制御形態を採ることが可能である。さらに、図６における処理の近接認識位置Ｎの位置等も前述の数値には限定されない。
【００５０】
加えて、図６の制御においては、タイマを用いて時間ＴM経過後に突き当て処理を開始する構成を示したが、近接認識位置Ｎを突き当て処理開始位置として設定し、タイマを用いることなくモータ２１の回転角度がＮを超えた時点で突き当て処理を行っても良い。なお、近接認識位置Ｎの設定は、タイマの有無によって適宜変更可能である。
【００５１】
また、前述の実施の形態では、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂを、微分回路４１，整流回路４２，積分回路４３，増幅回路４４からなる構成としたが、そこから微分回路４１を省いても良い。例えば、回転角センサ１４,２４から出力される信号のパルス間隔が短い場合、図３（ｃ）に近似した波形を整流回路４２のみにて得ることができ、微分回路４１を省くことが可能である。
【００５２】
一方、本発明ではステアバイワイヤシステムとして、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置されたものを対象としているが、フェールセーフ等のために両者を機械的に接続させた構造を持つステアバイワイヤシステムもその対象に含まれる。つまり、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置されたが如くに制御され得るものは、機械的接続の有無にかかわらず本発明の対象となり得る。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のステアバイワイヤシステムによれば、ハンドル側モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号としてハンドル側と車輪側の制御回路に出力する回転状態信号生成回路と、車輪側モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号としてハンドル側と車輪側の制御回路に出力する回転状態信号生成回路とを設けたので、ハンドル側と車輪側の制御回路は、両回転状態信号生成回路から出力される回転状態信号によってハンドル側と車輪側のモータの動作を認識することができる。アナログの回転状態信号は角度情報よりも先にハンドル側と車輪側の制御回路に到達し、両制御回路はそれを利用していち早くハンドル側と車輪側のモータを制御できる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるステアバイワイヤシステムの構成を示す説明図である。
【図２】図１のステアバイワイヤシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】回転状態信号生成回路における信号変換過程を示す説明図であり、（ａ）は入力波形、（ｂ）は微分処理後の波形、（ｃ）は整流処理後の波形、（ｄ）は積分処理後の波形をそれぞれ示している。
【図４】車輪側の制御回路における処理を示すフローチャートである。
【図５】車輪側モータの回転角度変化に対するハンドル側モータの制御形態を示す表である。
【図６】ハンドル側の制御回路における処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ハンドル
２ ステアリングギヤ装置
３ａ 回転状態信号生成回路（第１回転状態信号生成手段）
３ｂ 回転状態信号生成回路（第２回転状態信号生成手段）
１１ モータ（第１モータ）
１２ ハンドル側制御回路（第１制御手段）
１３ ステアリングシャフト
１４ 回転角センサ（第１回転角センサ）
２１ モータ（第２モータ）
２２ 車輪側制御回路（第２制御手段）
２３ タイロッド
２４ 回転角センサ（第２回転角センサ）
２５ 車輪
３１ａ,３１ｂ 信号線
３２ａ,３２ｂ 信号線
３３ａ,３３ｂ 信号線
３４ａ,３４ｂ 信号線
３５ａ,３５ｂ 信号線
３６ａ,３６ｂ 信号線
４１ 微分回路
４２ 整流回路
４３ 積分回路
４４ 増幅回路
Ｌ 突き当て位置
Ｎ 近接認識位置
Ｏ 原点位置
ＴM タイマ経過時間
ＴS 突き当て判定時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンドルと操舵車輪とが機械的に分離して配置され、両者の動作を電気的な信号によって制御するステアバイワイヤシステムに関し、特に、自動車に搭載されるステアバイワイヤシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車分野においても、ハンドルと操舵車輪を機械的に分離して配置し、それらの動作を電気信号によって制御するいわゆるステアバイワイヤシステムの開発が進められている。ステアバイワイヤシステムでは、長尺のステアリングシャフトが省かれるため、ステアリング装置のレイアウト性が向上し、車内デザインの自由度も向上する。また、自動操舵運転時などに適宜ハンドル動作を抑えることも可能なため、ハンドル操作の違和感を運転者に与えないなどのメリットが存在する。
【０００３】
このようなステアバイワイヤシステムでは、車輪側とハンドル側のそれぞれにモータが配置される。車輪側のモータはステアリング力を発生し、操舵輪の転舵を行う。ハンドル側のモータはハンドル操作に対する反力を付与すると共に、車輪側の動きに応じてハンドルを作動させる。各モータにはそれぞれ、回転角を検知するエンコーダ等の回転角センサが取り付けられている。両モータは、車輪側とハンドル側に個々に配置された制御回路（ＣＰＵ）によって駆動制御される。両ＣＰＵは信号線によって接続されており、互いに回転角センサから得た角度情報をやり取りして操舵制御を行っている。
【０００４】
運転者によってハンドルが操作されると、ハンドルの操作角度が回転角センサによって検出される。検出された操作角度はハンドル側のＣＰＵに送られる。ハンドル側ＣＰＵは、それを角度信号として、信号線を介して車輪側ＣＰＵに送出する。車輪側ＣＰＵはこの角度信号に基づき、ハンドル操作角度に見合った量だけ操舵輪を転舵させるべく、車輪側モータを駆動させる。これにより、操舵輪が運転者の所望の角度だけ転舵される。
【０００５】
一方、操舵輪が縁石に乗り上げるなどしてその舵角が変わった場合には、前述の逆の動作が行われる。すなわち、車輪の舵角が変わると、その動きはタイロッドを介して車輪側モータに伝わり、その回転角が回転角センサによって検出される。検出されたモータ回転角度は車輪側ＣＰＵに送られる。車輪側ＣＰＵは、それを角度信号として、信号線を介してハンドル側ＣＰＵに送出する。ハンドル側ＣＰＵはこの角度信号に基づき、車輪の舵角に見合った量だけハンドルを回転させるべく、ハンドル側モータを駆動させる。これにより、車輪の舵角変化がハンドルに反映されると共に、ハンドルの操舵反力として操舵輪の動向が運転者に伝達される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、車輪に舵角変化が生じた場合であっても、転舵方向も含めて車輪の動作を認識するには、回転角センサからの検出信号が複数パルス必要となる。また、ＣＰＵは動作クロックの関係から、回転角センサの検出信号や相手方ＣＰＵからの角度信号を取り込むのにタイムラグが生じる場合がある。このため、実際に車輪が動いてから、数パルス分の舵角変化の後に初めてそのことをハンドル側ＣＰＵが認識する。従って、その分だけハンドルの動作に若干ながら時間遅れが生じるという問題があった。
【０００７】
また、車輪の操舵角度に比例した操舵反力をハンドル側モータで発生させるような制御を行っている場合、車輪の舵角変化が小さいときや、変化当初の小角度時には、モータ駆動力が小さく十分な反力が得られないという問題もあった。例えば、１°の角度変化に対して１Ａの電流をハンドル側モータに供給して反力を発生させるような制御を行っている場合、モータが５Ａ未満では駆動しないときには、１°〜４°の角度変化ではモータが作動せず、反力は得られないことになる。
【０００８】
一方、ハンドルが操作されて車輪が動く場合も、前述と同様の理由により、角度情報の伝達にいくらかの時間遅れが生じる。このため、ハンドルが操作されてからステアリング力が発生するまでに若干のタイムラグが生じ、操舵フィーリングが損なわれるという問題もある。
【０００９】
本発明の目的は、ステアバイワイヤシステムにおけるタイムラグを低減させ、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第２回転状態信号生成手段とを有し、前記第２制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第２モータが回転しているが前記第１モータが回転していない場合には、前記第１制御手段に送出する角度情報に対し前記第２モータの回転角度変化を実際よりも上乗せして前記第１制御手段に送信することを特徴とする。
【００１１】
本発明のステアバイワイヤシステムにあっては、第１及び第２制御手段は、第１及び及び第２回転状態信号生成手段から出力される回転状態信号によって第１及び第２モータの動作を認識することができる。アナログの回転状態信号は角度情報よりも先に第１及び第２制御手段に到達し、第１及び第２制御手段はそれを利用していち早く第１及び第２モータを制御できる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。
【００１２】
前記ステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１及び第２回転状態信号生成手段を、前記回転角センサから出力される信号を整流する整流回路と、前記整流回路の出力信号を積分処理する積分回路とを有する構成としても良い。この場合、前記整流回路の前段に、前記回転角センサから出力される信号を微分処理する微分回路をさらに設けても良い。
【００１３】
また、前記ステアバイワイヤシステムにおいて、前記第２制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第２モータが回転しているが前記第１モータが回転していない場合には、前記第１制御手段に送出する角度情報に対し前記第２モータの回転角度変化を実際よりも上乗せして前記第１制御手段に送信するようにしても良い。
【００１４】
本発明の他のステアバイワイヤシステムは、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第２回転状態信号生成手段とを有し、前記第１制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第１モータが回転しているが前記第２モータが回転していない場合には、前記第１モータの回転角度が所定角度以上のときは、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させることを特徴とする。この場合、前記第１制御手段は、前記第１モータの回転角度が所定角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させるようにすることも可能である。また、前記第１制御手段は、前記操舵車輪の機械的な操舵限界に設定された突き当て位置に至る手前に近接認識位置を設定し、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上になっている場合、前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させる準備を行い、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させるようにすることも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるステアバイワイヤシステムの構成を示す説明図、図２は図１のステアバイワイヤシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。図１に示すように、ハンドル側と車輪側とは機械的には接続されておらず、各々別個に配置されている。
【００１６】
ハンドル側には、ハンドル１と、ハンドル１に反力を付与するための減速機構付きモータ１１（第１モータ）が設けられている。モータ１１の出力軸は、減速機構を介して、ハンドル１の中心に固定されたステアリングシャフト１３と接続されている。また、モータ１１には、ディジタル式のエンコーダを用いた回転角センサ１４（第１回転角センサ）が取り付けられている。
【００１７】
ハンドル側にはさらに、モータ１１を駆動制御するハンドル側制御回路１２（第１制御手段、以下、ＣＰＵ１２と略記する）が設けられている。モータ１１とＣＰＵ１２との間は信号線３１ａにて接続されている。また、ＣＰＵ１２は信号線３１ｂを介して回転角センサ１４と接続されている。回転角センサ１４からはモータ１１の回転に伴いパルス信号が出力され、ＣＰＵ１２に送られる。ＣＰＵ１２は、このパルス信号をカウントすることによりモータ１１の回転角度を検出し、ハンドル１の動作角度を算出する。
【００１８】
車輪側には、ステアリングギヤ装置２と、ステアリング力を発生するためのモータ２１（第２モータ）が設けられている。モータ２１はステアリングギヤ装置２に取り付けられており、その出力軸はラック軸２３とラックアンドピニオン方式で噛合している。ラック軸２３の両端には車輪２５が取り付けられている。また、モータ２１には、ディジタル式のエンコーダを用いた回転角センサ２４（第２回転角センサ）が取り付けられている。
【００１９】
車輪側にもモータ２１を駆動制御する車輪側制御回路２２（第２制御手段、以下、ＣＰＵ２２と略記する）が設けられている。モータ２１とＣＰＵ２２との間は信号線３２ａにて接続されている。また、ＣＰＵ２２は信号線３２ｂを介して回転角センサ２４と接続されている。回転角センサ２４からはモータ２１の回転に伴いパルス信号が出力され、ＣＰＵ２２に送られる。ＣＰＵ２２は、このパルス信号をカウントすることによりモータ２１の回転角度を検出し、車輪２５の操舵角度を算出する。
【００２０】
ＣＰＵ１２，２２の間は信号線３３ａ,３３ｂにて接続されており、互いに車輪２５やハンドル１の角度情報をやり取りしている。信号線３３ａは、ハンドル側から車輪側に角度信号を送信し、信号線３３ｂは車輪側からハンドル側に角度信号を送信する。なお、前述の信号線３１ａはＣＰＵ１２からモータ１１に対する駆動指令信号を送信し、信号線３１ｂは回転角センサ１４からのパルス信号をＣＰＵ１２に送信する。また、信号線３２ａはＣＰＵ２２からモータ２１に対する駆動指令信号を送信し、信号線３２ｂは回転角センサ２４からのパルス信号をＣＰＵ２２に送信する。
【００２１】
一方、ハンドル側と車輪側との間には、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂが設けられている。ＣＰＵ１２，２２は、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂを用いて、角度情報とは別にアナログ信号によるモータ１１,２１の動作情報をやり取りしている。回転状態信号生成回路３ａ（第１回転状態信号生成手段）には回転角センサ１４からのパルス信号が入力され、アナログ信号に変換された後、ＣＰＵ２２に送出される。同様に、回転状態信号生成回路３ｂ（第２回転状態信号生成手段）には回転角センサ２４からのパルス信号が入力され、アナログ信号に変換された後、ＣＰＵ１２に送出される。
【００２２】
回転状態信号生成回路３ａは、信号線３１ｂから分岐した信号線３４ａを介して回転角センサ１４に接続され、信号線３５ａによってＣＰＵ２２に接続されている。回転状態信号生成回路３ｂは、信号線３２ｂから分岐した信号線３４ｂを介して回転角センサ２４に接続され、信号線３５ｂによってＣＰＵ１２に接続されている。なお、回転状態信号生成回路３ａはＣＰＵ１２、回転状態信号生成回路３ｂはＣＰＵ２２とも、ぞれぞれ信号線３６ａ,３６ｂによって接続されている。
【００２３】
回転状態信号生成回路３ａ,３ｂは同一構成となっており、図２に示すように、入力側から順に、微分回路４１，整流回路４２，積分回路４３，増幅回路４４を備えている。図３は、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂにおける信号変換過程を示す説明図であり、（ａ）は入力波形、（ｂ）は微分処理後の波形、（ｃ）は整流処理後の波形、（ｄ）は積分処理後の波形をそれぞれ示している。
【００２４】
回転状態信号生成回路３ａ,３ｂに入力されたパルス信号（図３（ａ））は、微分回路４１によって微分処理され、図３（ｂ）のような波形の信号に変換される。次に、その信号が整流回路４２によって整流され、図３（ｃ）のような波形の信号に変換される。さらに、整流後の信号は積分回路４３にて図３（ｄ）のような波形の信号に変換され、増幅回路４４にて増幅された後、ＣＰＵ１２,２２に出力される。
【００２５】
次に、このようなステアバイワイヤシステムの作用について説明する。図４は車輪側のＣＰＵ２２における処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２によるモータ２１の制御やＣＰＵ１２に対する情報提供に関する基本的な制御は、回転角センサ１４,２４のパルス信号から得られる角度情報に基づいて行われる。その一方、ＣＰＵ２２は回転状態信号生成回路３ａ,３ｂから出力される回転状態信号を常時監視しており、モータ２１の回転開始検出に際し、このアナログ信号を利用して制御タイムラグの低減を図っている。
【００２６】
図４に示すように、ＣＰＵ２２は、まずステップＳ１にて車輪２５の動作をチェックする。つまり、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号により、モータ２１の回転をチェックする。ここで、従来のステアバイワイヤシステムでは、回転角センサ２４のパルス信号からモータ２１の回転の有無を直接判断するため、ＣＰＵ２２の読み取りサイクルとパルス出現の兼ね合いによって、数ms〜数十msのタイムラグが生じる場合がある。
【００２７】
これに対し、本発明のステアバイワイヤシステムでは、アナログの回転状態信号からモータ２１の回転の有無を判断するため、回転角センサ２４からパルス信号が出力されると直ちにそれを把握することができる。すなわち、図３（ｄ）に示すように、回転状態信号は回転角センサ２４からパルス信号を受けると直ちに発生し、その後徐々に電圧が降下する形態の波形を有している。このため、読み取りサイクルにかかわらず、ＣＰＵ２２は回転状態信号の電圧を検知できる可能性が極めて大きい。従って、ＣＰＵ２２は、ほぼリアルタイムでモータ２１の回転（車輪２５の動作）の有無を把握できる。
【００２８】
そこで、ステップＳ２において、回転状態信号が入力されているか否かによって車輪２５の動作確認を行い、モータ２１が回転していない場合には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、モータ２１の回転角度（車輪２５の舵角）と、ＣＰＵ１２から送られてきたモータ１１の回転角度（ハンドル１の動作角）との角度差がチェックされ、車輪２５をハンドル１の動作角に見合った角度に作動させる処理が実行される。つまり、車輪２５の舵角がハンドル１の動作角に見合っていればモータ２１は停止され、両者が異なっていればそれらを合わせるようにモータ２１を駆動する。
【００２９】
ステップＳ２においてモータ２１が回転している場合にはステップＳ４に進み、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号により、ハンドル１の状態をチェックする。この際も、ハンドル１の動作に即応して回転状態信号が入力されるため、ほぼリアルタイムでハンドル１の状態が把握される。そして、モータ１１が回転している場合は、車輪２５もハンドル１も動作している場合であり、ステップＳ６に進み、ステップＳ３と同様に、角度差を使用した通常の制御を実行する。
【００３０】
これに対し、ステップＳ５にてハンドル１が動作していない場合は、車輪２５の舵角が変化したにもかかわらず、ハンドル１が作動していない状態を示している。例えば、車輪２５が縁石に乗り上げて舵角が変わった直後などはこの状態となる。そこで、ＣＰＵ２２は、ステップＳ７に進んでハンドル１をいち早く作動させる処理を行う。
【００３１】
ここで、車輪２５の操舵角度に比例した操舵反力をハンドル側のモータ１１で発生させるような制御を行っている場合、前述のように、車輪２５の角度変化が小さいときや、変化当初の小角度時には、モータ駆動力が小さく十分な反力が得られない。図５は、例えば、簡単のため１°のモータ２１の回転角度変化に対して１Ａの電流をモータ１１に供給して反力を発生させるとした場合の制御形態を示す表である。なお、回転角センサ２４も、簡単のためモータ２１の回転１°につき１パルス出力されるとする。
【００３２】
図５に示すように、モータ２１の回転角度変化が２°以下の場合には、モータ１１にはまだ電流は供給されない。これは、回転角センサ２４からの出力が複数パルス得られないと、モータ２１の回転方向、すなわち車輪２５の転舵方向が検出できないためである。車輪２５が３°動かされると、その転舵方向が把握され、舵角変化に合わせてモータ１１に電流が供給される。この際、従来の制御方式では、モータ２１の回転角度変化に合わせて電流供給が行われ、３°回転時には３Ａの電流が供給される。ところが、モータ１１は５Ａ以上の電流が供給されないと作動しない。このため、モータ２１が５°回転しないとモータ１１が作動せず、５°分の動作遅れが生じる。なお、表中の網掛け部分は、モータ１１が作動する場合を示している。
【００３３】
これに対し、当該ステアバイワイヤシステムでは、ＣＰＵ２２はステップＳ７において、モータ２１の回転角度変化を実際よりも上乗せしてハンドル側に送信する上乗せ処理を行う。すなわち、ＣＰＵ２２は、モータ２１が回転しているがモータ１１は回転していない場合（車輪２５が動いているがハンドル１は動いていない場合）には、モータ２１の回転角度変化が３°以上になったとき、回転角度を２°上乗せし、角度情報として「５°」をＣＰＵ１２に送出する。これを受けたＣＰＵ１２は、５°に対応する電流５Ａをモータ１１に供給する。このため、モータ１１は回転角度変化が３°の時点から作動する。従って、図５の網掛け部分の違いから明らかなように、モータ１１は上乗せ情報により、それがない場合よりも２°分早く作動する。
【００３４】
このステップＳ７における上乗せ処理は、モータ２１の回転に伴う角度情報がＣＰＵ２２ではまだ得られていない場合にも、回転状態信号の取得により直ちに実施される。角度情報の伝達には数msの遅れが生じる場合があるが、アナログ信号の遅延はマイクロ秒のレベルに留まる。従って、モータ２１の回転角度変化を回転状態信号によって受け取ったＣＰＵ２２は、いち早くハンドル側の動作を実行させることができる。このため、従来の制御形態に比してタイムラグが低減され、車輪２５の舵角変化に対するハンドル１の応答性を高めることができる。
【００３５】
このように、車輪２５が動いた場合には、それをアナログ信号にていち早く知ったＣＰＵ２２は、角度情報に先んじてＣＰＵ１２に働き掛け、ハンドル１を車輪２５の状態に近付けるように積極的に動作する。これにより、運転者はいち早く車輪２５の動作を認識することができ、状況に応じた対応を素早く採ることが可能となる。なお、図５において、モータ２１の回転角度変化が３°〜５°の間は、角度情報にズレが生じることになるが、このズレは回転当初だけのものであり、角度５°以降は正しいデータに移行するため、操舵フィーリング的にも違和感はない。
【００３６】
図６はハンドル側のＣＰＵ１２における処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ１２においても、モータ１１の制御やＣＰＵ２２に対する情報提供に関する基本的な制御は回転角センサ１４,２４のパルス信号から得られる角度情報に基づいて行われる。また、ＣＰＵ１２も回転状態信号生成回路３ａ,３ｂから出力される回転状態信号を常時監視しており、モータ１１の回転開始検出に際し、このアナログ信号を利用して制御タイムラグの低減を図っている。
【００３７】
図６に示すように、ここではまず、ステップＳ１１にて車輪側の動作をチェックする。つまり、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号により、モータ２１の回転をチェックする。この場合も、アナログの回転状態信号からモータ２１の回転の有無を判断するため、ＣＰＵ１２は、ほぼリアルタイムでモータ２１の回転（車輪２５の動作）の有無を把握できる。ここでは特に、モータ２１の停止確認が、その後のハンドル突き当て処理のため重要であり、角度情報を用いた場合、回転角センサ１４,２４のパルス信号を数パルス分見ないとモータ２１の停止は確定できない。これに対し回転状態信号を用いると、モータ２１が停止すると素早く０Ｖとなるため、モータ停止確認もリアルタイムで把握することができる。
【００３８】
そこで、ステップＳ１２において、回転状態信号が入力されているか否かによって車輪２５の動作確認を行い、モータ２１が回転している場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、車輪２５の機械的な操舵限界を検出するための突き当て検出タイマをリセットする。タイマリセット後、ステップＳ１４に進み、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号により、ハンドル１の状態をチェックする。この際も、ハンドル１の動作に即応して回転状態信号が入力されるため、ほぼリアルタイムでハンドル１の状態が把握される。
【００３９】
ステップＳ１５においてモータ１１の回転の有無が判断され、モータ１１が回転している場合は、車輪２５もハンドル１も動作している場合であり、ステップＳ１６に進み、図４のステップＳ３と同様に、角度差を使用した通常の制御を実行する。なお、図４のステップＳ３,Ｓ６も含め、モータ１１,２１の通常制御には、モータを停止させる場合も含まれる。
【００４０】
これに対し、モータ１１が回転していない場合は、車輪２５の舵角が変化したにもかかわらず、ハンドル１が作動していない状態を示している。従って、ＣＰＵ１２は、ステップＳ１７に進んでハンドル１を作動させる処理を行う。すなわち、モータ１１の回転角度（ハンドル１の動作角）と、ＣＰＵ２２から送られてきたモータ２１の回転角度（車輪２５の舵角）との角度差がチェックされ、ハンドル１を車輪２５の舵角に見合った角度に作動させる処理が実行される。この際、ハンドル１の動作角が車輪２５の舵角に見合っていればモータ１１は停止され、両者が異なっていればそれらを合わせるようにモータ１１が駆動される。
【００４１】
ステップＳ１７の処理では、図４のステップＳ７にて上乗せ処理された角度情報がＣＰＵ２２から送られてくるため、ハンドル１はいち早く車輪２５の舵角に見合った角度となる。なお、ＣＰＵ１２は、回転状態信号生成回路３ｂからの回転状態信号によりモータ２１の回転をいち早く認識している。このため、上乗せ処理を行っていない場合においても、ＣＰＵ１２は、モータ２１の回転を認識した時点でモータ１１の作動準備に入ることができる。従って、ＣＰＵ２２からモータ２１の回転方向の分かる角度情報を得た段階で、ＣＰＵ１２は上乗せ処理と同様にモータ１１を作動させることもできる。つまり、図５の例を参照して言えば、ＣＰＵ２２から「左回転；３°」の情報を得た時点で、モータ１１に５Ａ供給し、上乗せ処理と同等の制御を行うことができる。
【００４２】
一方、ステップＳ１２において、モータ２１が回転していない場合には、ステップＳ１８に進み、ステップＳ１４と同様に、回転状態信号生成回路３ａからの回転状態信号によってハンドル１の状態をチェックする。ステップＳ１９においてモータ１１の回転の有無が判断され、モータ１１が回転していない場合は、車輪２５もハンドル１も動作していない場合であり、ステップＳ１１に戻る。これに対して、モータ１１が回転している場合は、車輪２５は作動していないがハンドル１は作動している場合であり、ステップＳ２０に進み、ハンドル側モータ１１の動作角度範囲がチェックされる。
【００４３】
ステップＳ２０からステップＳ２１に進んで、モータ１１の現在の角度が、車輪２５の機械的な操舵限界に設定された「突き当て位置」に近いか否かが判断される。モータ１１には、原点位置Ｏと突き当て位置Ｌに加えて、突き当て位置から原点位置側に所定角度（例えば、９０°）戻った位置に設定された近接認識位置Ｎが設けられている。このとき、車輪２５が操舵限界位置よりも遠く、モータ１１の回転角度が近接認識位置Ｎに至っていなければ、特にハンドル側にてハンドル１に対し突き当て処理を行う必要がない。このため、その場合はステップＳ１６に進み、通常の制御が行われる。
【００４４】
これに対しモータ１１の回転角度が近接認識位置Ｎの角度以上になっている場合（車輪２５が操舵限界位置に近い場合）には、ステップＳ２２に進み、ハンドル突き当て処理の準備に入る。まず、ステップＳ２２では、突き当て検出タイマの状態がチェックされる。前述のように、突き当て検出タイマは、モータ２１が回転している間は常にステップＳ１３にてリセットされている。その後、モータ２１が停止しない限り突き当て検出タイマはリセットされ、ステップＳ１２おいて停止が確認されるとステップＳ２２に至る。
【００４５】
ステップＳ２２にて突き当て検出タイマの経過時間がチェックされ、ステップＳ２３に進むと、タイマ経過時間（ＴM）が予め所定時間に設定された突き当て判定時間（ＴS）を超えたか否かが判断される。この突き当て判定時間ＴSは、モータ１１が近接認識位置Ｎに至った後、突き当て位置Ｌに至るまでの時間（例えば100ms）であり、人間のハンドル操作に基づいて設定されている。タイマ経過時間ＴMが突き当て判定時間ＴS以内の場合には、モータ１１が突き当て位置Ｌには到達していないと判断し、ステップＳ２４に進み、タイマをインクリメントしステップＳ１１に戻る。
【００４６】
これに対し、タイマ経過時間ＴMが突き当て判定時間ＴSを超えている場合には、モータ１１が突き当て位置Ｌに到達していると判断され、ＣＰＵ１２は、ステップＳ２５にてハンドル１に対し突き当て処理を行う。すなわち、モータ１１を駆動させて車輪突き当て反力をハンドル１に発生させ、ハンドル１をそれ以上回転できないようにする。このハンドル１に生じた操舵反力により、運転者は車輪２５が突き当て位置に至ったことを認識できる。
【００４７】
このようにＣＰＵ１２は、ハンドル側モータ１１が回転しているが、車輪側モータ２１が回転していない場合には、モータ１１の回転角度が突き当て位置Ｌに近いかどうかを判断する（Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１８→Ｓ１９→Ｓ２０）。そして、モータ１１が突き当て位置Ｌに近い場合には、ハンドル側にて突き当て処理を行ってハンドル１の操作を規制する（Ｓ２１→Ｓ２２→Ｓ２３→Ｓ２５）。図６の処理は、例えば50ms毎など、所定の時間間隔にて繰り返し実行され、これにより、ステアリングの突き当て検出を容易かつ確実に行うことができ、車輪側は動かなくなっているにもかかわらず、ハンドル操作が可能な状態を回避できる。また、この場合もモータ１１,２１の回転の有無は回転状態信号生成回路３ａ,３ｂからの回転状態信号によって判断されるため、応答遅れの少ない迅速な突き当て処理が実現できる。
【００４８】
当該ステアバイワイヤシステムでは、前述のようにハンドル側，車輪側のどちらが動き始めた場合も、動作開始情報がディジタルの角度情報よりも先にアナログ信号としてＣＰＵ１２,２２に伝えられる。そして、ＣＰＵ１２,２２は、それを使用して他方の動作を開始させることができるため、素早く相手方の制御を行うことが可能となる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。また、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂは比較的簡単な回路によって構成されるため、システム構成を複雑化させたり、システムコストを増大させたりすることなく、ステアバイワイヤシステムの応答性向上を図ることが可能となる。
【００４９】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、システム構成を分かり易くするため、信号の系統毎に別途信号線を設けた構成を示したが、適宜信号線を統合することも可能であり、信号線の数は前述の形態には限定されない。また、図５におけるモータ１１の制御形態はあくまでも一例であり、そこで示したモータ２１の角度変化とモータ１１への電流供給量は例示に過ぎない。なお、モータ１１,１２の制御形態も電流制御には限定されず、ＰＷＭ制御等、種々の制御形態を採ることが可能である。さらに、図６における処理の近接認識位置Ｎの位置等も前述の数値には限定されない。
【００５０】
加えて、図６の制御においては、タイマを用いて時間ＴM経過後に突き当て処理を開始する構成を示したが、近接認識位置Ｎを突き当て処理開始位置として設定し、タイマを用いることなくモータ２１の回転角度がＮを超えた時点で突き当て処理を行っても良い。なお、近接認識位置Ｎの設定は、タイマの有無によって適宜変更可能である。
【００５１】
また、前述の実施の形態では、回転状態信号生成回路３ａ,３ｂを、微分回路４１，整流回路４２，積分回路４３，増幅回路４４からなる構成としたが、そこから微分回路４１を省いても良い。例えば、回転角センサ１４,２４から出力される信号のパルス間隔が短い場合、図３（ｃ）に近似した波形を整流回路４２のみにて得ることができ、微分回路４１を省くことが可能である。
【００５２】
一方、本発明ではステアバイワイヤシステムとして、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置されたものを対象としているが、フェールセーフ等のために両者を機械的に接続させた構造を持つステアバイワイヤシステムもその対象に含まれる。つまり、ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置されたが如くに制御され得るものは、機械的接続の有無にかかわらず本発明の対象となり得る。
【００５３】
【発明の効果】
本発明のステアバイワイヤシステムによれば、ハンドル側モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号としてハンドル側と車輪側の制御回路に出力する回転状態信号生成回路と、車輪側モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号としてハンドル側と車輪側の制御回路に出力する回転状態信号生成回路とを設けたので、ハンドル側と車輪側の制御回路は、両回転状態信号生成回路から出力される回転状態信号によってハンドル側と車輪側のモータの動作を認識することができる。アナログの回転状態信号は角度情報よりも先にハンドル側と車輪側の制御回路に到達し、両制御回路はそれを利用していち早くハンドル側と車輪側のモータを制御できる。従って、角度情報の遅れによる制御上のタイムラグを低減でき、応答性に優れたステアバイワイヤシステムを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるステアバイワイヤシステムの構成を示す説明図である。
【図２】図１のステアバイワイヤシステムにおける制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】回転状態信号生成回路における信号変換過程を示す説明図であり、（ａ）は入力波形、（ｂ）は微分処理後の波形、（ｃ）は整流処理後の波形、（ｄ）は積分処理後の波形をそれぞれ示している。
【図４】車輪側の制御回路における処理を示すフローチャートである。
【図５】車輪側モータの回転角度変化に対するハンドル側モータの制御形態を示す表である。
【図６】ハンドル側の制御回路における処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ハンドル
２ ステアリングギヤ装置
３ａ 回転状態信号生成回路（第１回転状態信号生成手段）
３ｂ 回転状態信号生成回路（第２回転状態信号生成手段）
１１ モータ（第１モータ）
１２ ハンドル側制御回路（第１制御手段）
１３ ステアリングシャフト
１４ 回転角センサ（第１回転角センサ）
２１ モータ（第２モータ）
２２ 車輪側制御回路（第２制御手段）
２３ タイロッド
２４ 回転角センサ（第２回転角センサ）
２５ 車輪
３１ａ,３１ｂ 信号線
３２ａ,３２ｂ 信号線
３３ａ,３３ｂ 信号線
３４ａ,３４ｂ 信号線
３５ａ,３５ｂ 信号線
３６ａ,３６ｂ 信号線
４１ 微分回路
４２ 整流回路
４３ 積分回路
４４ 増幅回路
Ｌ 突き当て位置
Ｎ 近接認識位置
Ｏ 原点位置
ＴM タイマ経過時間
ＴS 突き当て判定時間
Claims (6)
- ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、
前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、
前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、
前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、
前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、
前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、
前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、
前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、
前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第２回転状態信号生成手段とを有し、
前記第２制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第２モータが回転しているが前記第１モータが回転していない場合には、前記第１制御手段に送出する角度情報に対し前記第２モータの回転角度変化を実際よりも上乗せして前記第１制御手段に送信することを特徴とするステアバイワイヤシステム。 - 請求項１記載のステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１及び第２回転状態信号生成手段は、前記回転角センサから出力される信号を整流する整流回路と、前記整流回路の出力信号を積分処理する積分回路とを有することを特徴とするステアバイワイヤシステム。
- 請求項２記載のステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１及び第２回転状態信号生成手段は、前記整流回路の前段に、前記回転角センサから出力される信号を微分処理する微分回路をさらに有することを特徴とするステアバイワイヤシステム。
- ハンドルと操舵車輪とが機械的に接続されずに分離配置され、前記ハンドル及び前記操舵車輪の動作を電気的な信号を介して制御するステアバイワイヤシステムであって、
前記ハンドルに対し操舵反力を付与する第１モータと、
前記第１モータの回転角度を検出する第１回転角センサと、
前記第１モータ及び前記第１回転角センサに接続され、前記第１モータを制御すると共に、前記第１回転角センサからの出力信号に基づいてハンドル側の角度情報を生成する第１制御手段と、
前記操舵車輪に対しステアリング力を付与する第２モータと、
前記第２モータの回転角度を検出する第２回転角センサと、
前記第２モータ及び前記第２回転角センサに接続され、前記第２モータを制御すると共に、前記第２回転角センサからの出力信号に基づいて車輪側の角度情報を生成する第２制御手段と、
前記第１回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第１モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力する第１回転状態信号生成手段と、
前記第２回転角センサから出力される信号に基づいて、前記第２モータの作動状態を示すアナログ信号を生成し、それを回転状態信号として前記第１及び第２制御手段に出力す る第２回転状態信号生成手段とを有し、
前記第１制御手段は、前記第１及び第２回転状態信号生成手段からの回転状態信号に基づき前記第１及び第２モータの動作の有無を判定し、前記第１モータが回転しているが前記第２モータが回転していない場合には、前記第１モータの回転角度が所定角度以上のときは、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させることを特徴とするステアバイワイヤシステム。 - 請求項４記載のステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１制御手段は、前記第１モータの回転角度が所定角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させることを特徴とするステアバイワイヤシステム。
- 請求項４記載のステアバイワイヤシステムにおいて、前記第１制御手段は、前記操舵車輪の機械的な操舵限界に設定された突き当て位置に至る手前に近接認識位置を設定し、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上になっている場合、前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させる準備を行い、前記第１モータの回転角度が前記近接認識位置の角度以上となってから所定時間経過後に、前記第１モータを駆動させて前記ハンドルに車輪突き当て反力を発生させることを特徴とするステアバイワイヤシステム。
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