JP4479424B2

JP4479424B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP4479424B2
Application number: JP2004253412A
Authority: JP
Inventors: 太松尾; 裕介加藤; 和孝安達
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: JP2006069307A

Description

本発明は、車両の操舵装置に関し、特にその構成部位について自己で異常診断可能な車両の操舵装置に関する。

従来までパワーステアリング等の自動車ステアリング用補助装置の操舵システムの性能保証レベルを診断するものとして、特許文献１に開示されている負荷装置がある。
この負荷装置では、車両搭載前にシステムを構成するモータに対して、そのモータの特性を考慮した負荷を外部から加えることで、システムの性能保障レベルを診断していた。また、このような装置以外でも、車両搭載後やディーラ等において、「軽い」、「重い」といった官能的な方法によりシステムの診断がなされていた。

ところで、近年、運転者が操舵するステアリングホイールと転舵輪の転舵機構とが機械的に切り離され、エンコーダ等の検出器によりステアリングホイールの操舵角を検出し、この操舵角検出値に応じて、アクチュエータにより車輪を転舵する操舵装置として、ステアバイワイヤ式の操舵装置が提案されている。
この種の操舵装置では、例えば、ラックアンドピニオン機構等で構成される転舵機構を駆動するための転舵軸モータとこの転舵軸モータを駆動する転舵コントローラとからなるサブシステムが、複数、例えば２つ設けられて構成されている。そして、各サブシステムでは、各サブシステム毎に設けられた角度センサによって転舵軸の変位量を検出し、この変位量と、上位コントローラからの目標転舵角指令値とに基づいて、各サブシステム毎に制御量を算出し、これに基づいて転舵軸モータを駆動するようになっている（例えば非特許文献１参照）。
特開２０００−１９３５６２号公報「エックスバイワイヤ・デービー６／６−２４（ＸＢｙＷｉｒｅ−ＤＢ−６／６−２４）」，第２．０．０版，エックスバイワイヤ・コンソーシアム（Ｘ−Ｂｙ−ＷｉｒｅＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍ），１９９８年１１月２６日，ｐ．４３−５０

前記非特許文献１で開示されているようなステアバイワイヤ式の操舵装置のような冗長構成を採用する装置では、製造の各工程における組付け不良や経時劣化が発生する場合がある。製造の各工程における組付け不良や経時劣化としては、例えばコネクタの接触不良による抵抗増大、ネジの締め付け不良によるフリクションの増大、モータの熱による劣化等が挙げられる。

そのため、前記特許文献１のように外部負荷装置を用いてモータ特性を診断するだけでは、そのような冗長構成のシステムの性能保障レベルを満足できる診断を行うことができない。また、製造ラインでの車両搭載後やディーラにおいて診断を行う場合でも、その診断が、システムとしての性能保証レベルを満足できるような診断となっていることが望ましい。
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであり、外部負荷装置等を用いることなく、簡単な構成によりシステムの異常検査ができる車両の操舵装置の提供を目的とする。

本発明に係る車両の操舵装置は、操舵機構の操舵量に応じて当該操舵機構と機械的に分離された転舵機構を駆動制御する転舵装置と、前記転舵機構の転舵に伴う反力を前記操舵機構に付与する反力装置とを備え、前記転舵装置及び前記反力装置の少なくとも何れか一方は、前記転舵機構又は前記操舵機構を転舵又は操舵するようにトルクを付与するトルク発生手段を複数備えて構成した車両の操舵装置である。

この車両の操舵装置は、２つのトルク発生手段が発生する各トルクが前記転舵機構又は操舵機構にてその転舵方向又は操舵方向で互いに反対になるように作用し、かつその絶対値が同じになるようにしつつ当該各トルクを漸増させて当該２つのトルク発生手段を駆動するとともに、当該トルク発生手段を備える前記転舵機構又は操舵機構の動作を検出し、その検出結果に基づいて、当該トルク発生手段の異常を異常判定手段により判定する。

これにより、２つのトルク発生手段の正常又は異常に応じて、当該２つのトルク発生手段を備える転舵機構又は操舵機構が異なる動作をするようになるので、例えば一方のトルク発生手段が異常の場合、転舵機構が転舵動作又は操舵機構が操舵動作するようになるので、その動作を検出することで当該トルク発生手段の異常を判定できる。

本発明によれば、本来車両の操舵装置を構成するトルク発生手段だけで当該トルク発生手段の異常検出ができるから、外部負荷装置等を用いることなく簡単な構成でシステムの異常検査ができるようになる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態は、本発明を適用した車両の操舵システムである。図１は、その操舵システムの構成の概略構成図である。
図中、１０は、ステアリングホイール１とは機械的に切り離された転舵装置、５０は、ステアリングホイール１に対して操舵反力を付与するための反力装置である。

この反力装置５０は、公知の反力装置と同等に構成され、例えば転舵装置１０における転舵軸の変位量及び図示しない車速検出手段によって検出した車速等に基づいて上位コントローラ６０で算出された、転舵トルクに応じた目標反力トルクに基づいて、図示しない反力発生モータを駆動し、転舵トルクに見合った目標反力トルクをステアリングホイール１の回転中心部に取り付けられたコラムシャフト３に付与する。これによって、運転者に対し、操舵量に応じた操舵反力を与えるようになっている。

一方、転舵装置１０は、図２に示すように、例えばラックアンドピニオン機構で構成される転舵機構５の回転部材であるピニオンを駆動するための転舵軸モータを駆動する３つのサブシステム（第１乃至第３サブシステム）ＳＵＢａ〜ＳＵＢｃで構成されている。そして、これら第１乃至第３サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃは同一構成を有し、通信バス４０を介して接続され、他のサブシステム及び上位コントローラ６０との間で信号の授受を行っている。
この操舵システムでは、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃは、優先順位に従って、マスタサブシステムとして、又はそのマスタサブシステムに従うスレーブサブシステムとして動作する。なお、工場出荷時に優先順位の初期値が設定されている。

第１サブシステムＳＵＢａは、転舵機構５を駆動するための転舵軸モータ１１ａと、この転舵軸モータ１１ａを駆動するためのモータドライバ１２ａと、転舵機構５の動作による図示しない転舵軸の転舵角度及び転舵角速度を検出する角度センサ１３ａと、転舵軸モータ１１ａへの供給電流を検出する電流センサ１４ａと、角度センサ１３ａの検出信号及び上位コントローラ６０からの目標転舵角指令値、又は他のサブシステムからの転舵角度の制御指令値と、電流センサ１４ａの検出信号とに基づいて転舵軸モータ１１ａへの電流指令値を算出し、これをモータドライバ１２ａに出力する転舵軸角度コントローラ２０ａとを備えている。

なお、転舵軸モータ１１ａと転舵機構５との間には、図示しないクラッチ機構が設けられている。これにより、クラッチ機構を遮断状態にすることで、転舵軸モータ１１ａと転舵機構５との間の動力の伝達経路を遮断可能としている。これにより、第１サブシステムＳＵＢａは、当該第１サブシステムＳＵＢａの構成部位の異常、例えば転舵軸モータ１１ａの異常や転舵軸角度コントローラ２０ａの異常を検出した場合には、転舵軸モータ１１ａの駆動を停止するとともに、クラッチ機構を遮断状態に制御するようになっている。

転舵軸角度コントローラ２０ａは、角度制御演算器２１ａと、電流制御演算器２２ａとを備えている。
角度制御演算器２１ａは、角度センサ１３ａで検出した転舵軸の転舵角度及び転舵角速度、上位コントローラ６０からの目標転舵角度指令値、他のサブシステムが正常動作しているか否かといった稼動状態、及び、予めサブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃに対して設定された優先順位に基づいて処理を行っている。これにより、角度制御演算器２１ａは、サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃのうち、自サブシステムの優先順位が最も高いときには、前記各種情報に基づいて転舵角度の制御量を算出するとともに、これを転舵角度の制御指令値として通信バス４０を介して他のサブシステムに通知する。

電流制御演算器２２ａは、角度制御演算器２１ａで算出された転舵角度の制御量又は通信バス４０を介して他のサブシステムから通知された転舵角度の制御指令値と、電流センサ１４ａの検出信号とに基づいて電流制御を行う。
前記優先順位は、例えば、サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃの中で、角度センサ１３ａ〜１３ｃからの転舵角度の平均値に最も近い角度センサを有するサブシステムの優先順位を最優先として設定する。

以上のように第１サブシステムＳＵＢａが構成されている。そして、第２及び第３サブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃも、第１サブシステムＳＵＢａと同一の構成を有している。すなわち、第２及び第３サブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃも、転舵機構５を駆動するための転舵軸モータ１１ｂ，１１ｃと、この転舵軸モータ１１ｂ，１１ｃを駆動するためのモータドライバ１２ｂ，１２ｃと、転舵機構５の動作による図示しない転舵軸の転舵角度及び転舵角速度を検出する角度センサ１３ｂ，１３ｃと、転舵軸モータ１１ｂ，１１ｃへの供給電流を検出する電流センサ１４ｂ，１４ｃと、角度センサ１３ｂ，１３ｃの検出信号及び上位コントローラ６０からの目標転舵角指令値、又は他のサブシステムからの転舵角度の制御指令値と、電流センサ１４ｂ，１４ｃの検出信号とに基づいて転舵軸モータ１１ｂ，１１ｃへの電流指令値を算出し、これをモータドライバ１２ｂ，１２ｃに出力する転舵軸角度コントローラ２０ｂ，２０ｃとを備えている。ここで、転舵軸角度コントローラ２０ｂ，２０ｃは、角度制御演算器２１ｂ，２１ｃと、電流制御演算器２２ｂ，２２ｃとを備えている。

このように第２及び第３サブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃも、第１サブシステムＳＵＢａと同一の構成を有しており、それら構成部は、第１乃至第３サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃに関係なく、同じ特性を有している。すなわち、第１乃至第３サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃは、同じ出力特性を有するものとして構成されている。
このように、第２サブシステムＳＵＢｂ及びＳＵＢｃも、第１サブシステムＳＵＢａと同一の機能構成を有していることから、ここでは、その説明は省略する。

次に以上のように構成される車両の操舵システムの動作を説明する。
上位コントローラ６０では、ステアリングホイール１の運転者による操舵量を検出する図示しない操舵角センサの検出信号等に基づいて公知の手順で目標転舵角指令値を算出しこれを転舵装置１０に出力するとともに、公知の手順で転舵装置１０における転舵軸の変位量、車速等に基づいて算出された、転舵トルクに応じた目標反力トルクに基づいて図示しない反力発生モータを駆動する。これによって、転舵トルクに見合った反力トルクがステアリングホイール１の回転中心部に取り付けられたコラムシャフト３に付与され、運転者に対し、操舵量に応じた操舵反力が付与される。

一方、転舵装置１０の各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃでは、転舵軸角度制御処理を実行し、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃが正常に動作している場合には、自己診断の結果正常であると判定されるから、上位コントローラ６０からの目標転舵角指令値を読み込み、さらに、他のサブシステムから稼動状態情報として異常である旨の通知が行われているかどうかを判定し、他のサブシステムの稼動状態に基づいて自サブシステムの優先順位を認識する。

つまり、今、上位コントローラ６０から、第１サブシステムＳＵＢａ、第２サブシステムＳＵＢｂ、第３サブシステムＳＵＢｃの順番で優先順位が通知されているものとすると、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃが正常に動作している状態では、第１サブシステムＳＵＢａでは自サブシステムの優先順位が最も高いと認識し、第２サブシステムＳＵＢｂでは、自サブシステムの優先順位は２番目に高いと認識し、第３サブシステムＳＵＢｃでは、自サブシステムの優先順位は最も低いと認識する。すなわち、第１サブシステムＳＵＢａは、自サブシステムがマスタサブシステムとして動作すべきことを認識し、第２及び第３サブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃは、自サブシステムが第１サブシステムＳＵＢａに従うサブシステム、すなわちスレーブサブシステムとして動作すべきことを認識する。

そして、最優先状態にある第１サブシステムＳＵＢａでは、角度センサ１３ａからの角度データを読み込み、これを他のサブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃに通信バス４０を介して送信する。
そして、第１サブシステムＳＵＢａでは、上位コントローラ６０から通知された目標転舵角指令値と、先に読み込んだ角度データと、に基づいてこの転舵角度が目標転舵角指令値に収束し得るために転舵機構５に付与すべき転舵トルクを算出し、この転舵トルクを発生し得る転舵電流指令値Ｉ^＊を算出する。このサブシステムＳＵＢａで算出した転舵電流指令値Ｉ^＊をＩａ^＊と表し、以後、添字によって、転舵電流指令値Ｉ^＊を算出したサブシステムＳＵＢを表すものとする。

このとき、全てのサブシステムは正常であるから、正常サブシステム数は、“３”となる。これにより、第１サブシステムＳＵＢａでは、転舵電流指令値Ｉａ^＊を“３”で等分してサブシステム当たりの転舵電流指令値を算出し、これを分割転舵電流指令値Ｉｓ^＊として通信バス４０を介して他の第２及び第３サブシステムＳＵＢｂ，ＳＵＢｃに通知する。なお、第１サブシステムＳＵＢａで算出した分割転舵電流指令値Ｉｓ^＊をＩｓａ^＊と表し、以後、添字によって、分割転舵電流指令値Ｉｓ^＊を算出したサブシステムを表すものとする。

そして、この分割転舵電流指令値Ｉｓａ^＊を制御用電流指令値とし、電流センサ１４ａで検出した転舵軸モータ１１ａに供給される電流値が、制御用電流指令値つまり分割転舵電流指令値Ｉｓａ^＊と一致するよう、電流制御演算を行い、これに応じた駆動信号をモータドライバ１２ａに出力する。
一方、第２サブシステムＳＵＢｂでは、自サブシステムは最優先状態のサブシステムではないから、最優先状態の第１サブシステムＳＵＢａから通知された角度センサ１３ａの角度データを読み込み、これに基づいて転舵電流指令値Ｉｂ^＊を算出しこの転舵電流指令値Ｉｂ^＊を、所定の記憶領域に保存しておく。

次いで、第２サブシステムＳＵＢｂでは、第１サブシステムＳＵＢａにおいて算出した分割転舵電流指令値Ｉｓａ^＊を読み込み、これを制御用電流指令値とする。例えば、右方向に転舵する場合、制御用電流指令値は正値となり、左方向に転舵する場合、制御用電流指令値は負値となる。
そして、第２サブシステムＳＵＢｂでは、電流センサ１４ｂで検出した転舵軸モータ１１ｂに供給される電流値を読み込み、この転舵軸モータ１１ｂへの供給電流が、制御用電流指令値、つまり第１サブシステムＳＵＢａで算出した分割転舵電流指令値Ｉｓｂ^＊と一致するよう、電流制御演算を行い、これに応じた駆動信号をモータドライバ１２ｂに出力する。

同様に、第３サブシステムＳＵＢｃにおいても、最優先状態にある第１サブシステムＳＵＢａから通知された角度センサ１３ａの角度データを読み込み、これに基づいて転舵電流指令値Ｉc ^＊を算出しこれを所定の記憶領域に保存する。
さらに、第３サブシステムＳＵＢｃでは、第１サブシステムＳＵＢａから分割転舵電流指令値Ｉｓｃ^＊を読み込んでこれを制御用電流指令値とし、電流センサ１４ｃで検出した転舵軸モータ１１ｃに供給される電流値を読み込み、この転舵軸モータ１１ｃへの供給電流が、制御用電流指令値、つまり第１サブシステムＳＵＢａで算出した分割転舵電流指令値Ｉｓａ^＊と一致するよう電流制御演算を行い、これに応じた駆動信号をモータドライバ１２ｃに出力する。

以上の動作における、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃ間での信号の流れを表したものが、図３であって、サブシステムＳＵＢｂ及びＳＵＢｃは、サブシステムＳＵＢａで算出した分割電流指令値Ｉｓａ^＊を通信バス４０を介して受信し、この分割電流指令値Ｉｓａ^＊と、各角度センサ１３ａ〜１３ｃの検出信号とに基づいて、各転舵軸モータ１１ａ〜１１ｃを駆動制御する。

したがって、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃのモータドライバ１２ａ〜１２ｃでは、駆動信号に応じて転舵軸モータ１１ａ〜１１ｃを駆動するが、このとき、各サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃにおいては、各転舵軸モータ１１ａ〜１１ｃへの供給電流が分割転舵電流指令値Ｉｓａ^＊となるように制御を行うから、各転舵軸モータ１１ａ〜１１ｃは同じ回転方向にかつ同じ大きさのトルクを発生するように駆動されることになる。

次に、車両の操舵システムにおける検査処理を説明する。図４は、その処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
先ず、ステップＳ１で、操舵システムでは、検査を実施するサブシステムの組合せを決定する。例えば、上位コントローラ６０がその決定をする。
以下、ここで、検査対象とされた１対のサブシステムを第１及び第２検査サブシステムと称し、この例では、第１サブシステムＳＵＢａを第１検査サブシステムＳＵＢａとし、第２サブシステムＳＵＢｂを第２検査サブシステムＳＵＢｂとした場合について説明する。

続いてステップＳ２において、操舵システムでは、検査準備をする。図５は、その処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
この図５に示すように、先ずステップＳ２１において、操舵システムでは、検査用の電流指令値（制御用電流指令値）を検査サブシステムに分配するマスタサブシステムを決定する。ここでは、マスタサブシステムとして第３サブシステムＳＵＢｃが選定される。例えば、上位コントローラ６０がその選定をする。

続いてステップＳ２２において、操舵システムでは、現在の転舵角（検査開始角）を確認する。このときに、特殊な場合を除いては検査開始角に制限はないものとする。ここで、特殊な場合とは、例えば転舵角が既に駆動限界の角度に到達しているような場合である。ここでは、第３サブシステムＳＵＢｃは、角度センサ１３ａから得ている現在の転舵角を０°に設定（仮定）する。

続いてステップＳ２３において、操舵システムでは、各検査サブシステムによる転蛇方向を決定する。例えば、上位コントローラ６０がその決定をする。具体的には、第１検査サブシステムＳＵＢａに供給する電流指令値を、右方向に転舵するための正値の電流指令値とし、第２検査サブシステムＳＵＢｂに供給する電流指令値を、左方向に転舵するための負値の電流指令値とする。すなわち、第１検査サブシステムＳＵＢａと第２検査サブシステムＳＵＢｂとが互いに逆方向に転舵するような電流指令値の設定をする。

続いてステップＳ２４において、操舵システムでは、角度変化の合否判定（検査の合否判定）に用いる定常試験電流値、定常試験電流値到達時間、定常状態試験時間を決める。総合試験時間は定常試験電流値到達時間と定常状態試験時間との合計時間である。
この検査では、供給する電流指令値を徐々に大きくしていき、その電流指令値を最終的には定常値にもっていくようにしている。このようなことから、定常試験電流値は、その定常時の電流指令値であり、定常試験電流値到達時間は、電流指令値を供給開始してからその定常時の電流指令値になるまでの時間であり、定常状態試験時間は、定常値の電流指令値で行う試験（検査）の時間である。

以上のような検査処理により検査準備をして、続くステップＳ３に進む。
続いてステップＳ３において、マスタサブシステム（第３サブシステムＳＵＢｃ）が検査を開始する。
続いてステップＳ４において、マスタサブシステムは電流指令値を変更する。具体的には、マスタサブシステムは、前記ステップＳ２で決定した定常試験電流到達時間と定常試験電流値とから電流指令値の絶対値を算出する。すなわち、定常試験電流到達時間経過時に定常試験電流値になるように、定常試験電流到達時間内に単位時間あたりに変化していく電流指令値を、絶対値として算出する。さらに、マスタサブシステムは、そのように算出した電流指令値の絶対値に各検査サブシステムに対応する転舵方向に応じて符号を掛ける。具体的には、第１検査サブシステムＳＵＢａに供給する電流指令値を、当該ステップＳ４で算出した電流指令値の正値とし、第１検査サブシステムＳＵＢａに供給する電流指令値を、当該ステップＳ４で算出した電流指令値の負値とする。

続いてステップＳ５において、マスタサブシステムは、前記ステップＳ４で算出した電流指令値を第１及び第２検査サブシステムＳＵＢａ，ＳＵＢｂにそれぞれ出力する（分配する）。これにより、第１検査サブシステムＳＵＢａと第２検査サブシステムＳＵＢｂとは正負逆の電流指令値に基づいて転舵軸モータ１１ａ，１１ｂを駆動する。なお、マスタサブシステムでは、電流指令値（制御用電流指令値）を０にしている。

すなわち、第１検査サブシステムＳＵＢａでは、電流センサ１４ａで検出した転舵軸モータ１１ａに供給される電流値を読み込み、この転舵軸モータ１１ａへの供給電流が、電流指令値と一致するよう、電流制御演算を行い、これに応じた駆動信号をモータドライバ１２ａに出力する。一方、第２検査サブシステムＳＵＢｂでは、電流センサ１４ｂで検出した転舵軸モータ１１ｂに供給される電流値を読み込み、この転舵軸モータ１１ｂへの供給電流が、電流指令値と一致するよう、電流制御演算を行い、これに応じた駆動信号をモータドライバ１２ｂに出力する。これにより、モータドライバ１２ａ，１２ｂにより転舵軸モータ１１ａ，１１ｂが駆動制御される。

続いてステップＳ６において、マスタサブシステムは、角度変化を確認する。具体的には、マスタサブシステムは、角度センサ１３ａにより転舵角を取得し、その取得した転舵角と角度変化リミッタとを比較する。ここで、角度変化リミッタは、前記ステップＳ２２で設定した転舵角初期値（０°）を基準とした所定の閾値である。マスタサブシステムは、転舵角がこの角度変化リミッタよりも大きい場合、異常であるとしてステップＳ１２に進み、転舵角が角度変化リミッタ以下の場合、正常であるとしてステップＳ７に進む。

ここで、第１乃至第３サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃは、同じ出力特性を有するものとして構成されていることから、前述したように第１検査サブシステムＳＵＢａと第２検査サブシステムＳＵＢｂとを正負逆の電流指令値により駆動し、相反する方向に転舵するようにした場合には、通常は、転舵軸モータ１１ａ，１１ｂの駆動力の均衡が保たれて、ピニオンは回転しない。しかし、例えば検査サブシステムＳＵＢａ，ＳＵＢｂの転舵軸角度コントローラ２０ｂ，２０ｃや転舵軸モータ１１ｂ，１１ｃに異常が発生している場合には、第１検査サブシステムＳＵＢａと第２検査サブシステムＳＵＢｂとを正負逆の電流指令値で駆動しても、転舵軸モータ１１ａ，１１ｂの駆動力の均衡が保たれず、ピニオンが回転するようになる。このような場合、マスタサブシステムが検出する角度は変化する。

ステップＳ７では、マスタサブシステムは、電流指令値が前記ステップＳ２で決定した定常試験電流値に到達しているか否かを判定する。ここで、マスタサブシステムは、電流指令値が定常試験電流値に到達している場合、ステップＳ８に進み、電流指令値が定常試験電流値に到達していない場合、再びステップＳ４からの処理を開始する。ここで、再びステップＳ４からの処理を開始した場合、マスタサブシステムは、当該ステップＳ４で電流指令値を所定量増加させることとなる。

ステップＳ８では、マスタサブシステムは、定常試験電流値を検査サブシステムに分配する。
続いてステップＳ９において、マスタサブシステムは、前記ステップＳ６と同様に、角度変化を確認する。具体的には、ステップＳ９では、マスタサブシステムは、転舵角を取得し、その取得した転舵角と角度変化リミッタ（所定の閾値）とを比較する。

前記ステップＳ６では、電流指令値が定常試験電流値に到達するまでの時間内、或いは定常試験電流到達時間内に、電流指令値を増加させて行ったときの角度変化を確認する処理であり、このステップＳ９では、定常試験電流到達時間経過後に、一定値（定常試験電流値）の電流指令値により行ったときの角度変化を確認する処理になる。
このステップＳ９で、マスタサブシステムは、転舵角が角度変化リミッタよりも大きい場合、異常であるとしてステップＳ１２に進み、転舵角が角度変化リミッタ以下の場合、正常であるとしてステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、マスタサブシステムは、定常状態における検査時間をカウントする。
続いてステップＳ１１において、マスタサブシステムは、タイムアウトを判定する。具体的には、マスタサブシステムは、前記ステップＳ２で算出した定常状態検査時間と前記ステップＳ１０の検査時間カウント値とを比較して、検査時間カウント値が定常状態検査時間よりも大きい場合、タイムアウトと判定し、ステップＳ１２に進み、検査時間カウント値が定常状態検査時間以下の場合、タイムアウトしていないと判定して、再びステップＳ８からの処理を行う。

ステップＳ１２は、前記ステップＳ６で角度変化を確認できた場合や前記ステップＳ９で角度変化を確認できた場合にも進むステップである。このステップＳ１２で、マスタサブシステムは、検査終了処理を行う。
続いてステップＳ１３において、マスタサブシステムは、検査結果を保存する。すなわち、マスタサブシステムは、前記ステップＳ６や前記ステップＳ９からステップ１２に進んだ場合、マスタサブシステムは、異常であるとする判定結果（検査結果）を保存し、前記ステップＳ１１からステップ１２に進んだ場合、マスタサブシステムは、正常であるとする判定結果（検査結果）を保存する。

続いてステップＳ１４において、マスタサブシステムは、冗長構成において検査を行う組合せが全て終了したか否かを判定する。
すなわち、前述の説明では、第１及び第２サブシステムＳＵＢａ，ＳＵＢｂを検査サブシステムとし、第３サブシステムＳＵＢｃをマスタサブシステムとして説明しているが、実際には全ての組み合わせについて検査を行うのである。例えば、下記表１のような組み合わせで検査を行う。

このような全ての組み合わせについての検査を実現すべく、このステップＳ１４では、それらの組み合わせ（本例では３通りの組み合わせ）について検査が終了したか否かを判定する。ここで、マスタサブシステムは、全ての組み合わせについて検査を終了している場合には、ステップＳ１５に進み、全ての組み合わせについて検査を終了していない場合には、再びステップＳ１からの処理を開始する。
ステップＳ１５では、マスタサブシステムは、検査結果の集約を行った後、解析し最終的な検査結果を出力する。この最終的な検査結果として、特定のサブシステム又はそのサブシステムの転舵軸モータが異常であることが特定される。

以上、図４に示したように検査処理を行う。
以上の検査処理の一連の処理は次のようになる。
操舵システムでは、検査を実施するサブシステムの組合せを決定した後（前記ステップＳ１）、検査準備をする（前記ステップＳ２）。
検査準備では、操舵システムは、検査用の電流指令値（制御用電流指令値）を検査サブシステムに分配するマスタサブシステムを決定するとともに（前記ステップＳ２１）、現在の転舵角（検査開始角）を確認する（前記ステップＳ２２）。そして、操舵システムでは、検査サブシステムによる転蛇方向を決定するとともに（前記ステップＳ２３）、角度変化の合否判定に用いる定常試験電流値、定常試験電流値到達時間、定常状態試験時間を決める（前記ステップＳ２４）。

この検査準備後、マスタサブシステムが検査を開始し（前記ステップＳ３）、マスタサブシステムは、電流指令値を変更（算出）するとともに（前記ステップＳ４）、その電流指令値を第１及び第２検査サブシステムにそれぞれ出力する（前記ステップＳ５）。これにより、第１検査サブシステムと第２検査サブシステムとは正負逆の電流指令値に基づいて転舵軸モータを駆動する。マスタサブシステムは、このときの角度変化を角度変化リミッタを用いて確認する（前記ステップＳ６）。ここで、マスタサブシステムは、転舵角がこの角度変化リミッタよりも大きい場合、異常と判定し、転舵角が角度変化リミッタ以下の場合、正常と判定する。

ここで、第１及び第２検査サブシステムは、同じ出力特性を有するものとして構成されていることから、第１及び第２検査サブシステムの転舵軸角度コントローラや転舵軸モータ等の構成部が正常である限り、第１検査サブシステムと第２検査サブシステムとを正負逆の電流指令値により駆動しても、各転舵軸モータの駆動力の均衡が保たれて、ピニオンは回転しない。この場合、そして、ピニオンの回転角（転舵角）が角度変化リミッタよりも大きくならないことから、正常と判定される。

しかし、第１検査サブシステムや第２検査サブシステムの転舵軸角度コントローラや転舵軸モータ等の構成部に異常が発生している場合、第１検査サブシステムと第２検査サブシステムとを正負逆の電流指令値で駆動すると、転舵軸モータの駆動力の均衡が保たれず、ピニオンが回転してしまう。そして、そのようなピニオンの回転が回転角（転舵角）で角度変化リミッタよりも大きくなると、異常と判定されるのである。

このように、マスタサブシステムは、第１検査サブシステムや第２検査サブシステムの転舵軸角度コントローラや転舵軸モータ等の構成部に正常及び異常を、ピニオンの回転角（転舵角）に基づいて判定している。
そして、正常と判定した場合、マスタサブシステムは、電流指令値が定常試験電流値に到達しているか否かを判定する（前記ステップＳ７）。ここで、マスタサブシステムは、電流指令値が定常試験電流値に到達している場合、定常試験電流値を検査サブシステムに分配し（前記ステップＳ８）、定常試験電流値に到達していない場合、電流指令値を所定量変化させる（前記ステップＳ４）。

一方、マスタサブシステムは、検査サブシステムに定常試験電流値の分配を開始すると（前記ステップＳ８）、そのときの角度変化を角度変化リミッタを用いて確認する（前記ステップＳ９）。ここで、マスタサブシステムは、転舵角がこの角度変化リミッタよりも大きい場合、異常と判定し、転舵角が角度変化リミッタ以下の場合、正常と判定する。

正常と判定した場合には、マスタサブシステムは、定常状態における検査時間をカウントするとともに（前記ステップＳ１０）、その検査時間のタイムアウトを判定する（前記ステップＳ１１）。ここで、マスタサブシステムは、定常状態検査時間と検査時間カウント値とを比較して、検査時間カウント値が定常状態検査時間よりも大きい場合、タイムアウトと判定し、検査時間カウント値が定常状態検査時間以下の場合、タイムアウトしていないと判定する。

タイムアウトしていると判定した場合には、マスタサブシステムは検査終了処理を行うとともに（前記ステップＳ１２）、検査結果を保存する（前記ステップＳ１３）。なお、この検査終了処理は、転舵角が角度変化リミッタよりも大きい場合（前記ステップＳ６又は前記ステップＳ９）、異常と判定した場合に直ぐに行われる処理でもある。
そして、マスタサブシステムは、冗長構成において検査を行う組合せが全て終了したか否かを判定する（前記ステップＳ１４）。ここで、マスタサブシステムは、全ての組み合わせについて検査を終了している場合には、検査結果の集約を行った後、解析し最終的な検査結果を出力し（前記ステップＳ１５）、全ての組み合わせについて検査を終了していない場合には、検査を実施するサブシステムの組合せを決定し（前記ステップＳ１）、他の組み合わせについての検査処理を再び実施する。

以上のような検査処理により、サブシステムの転舵軸角度コントローラや転舵軸モータ等の構成部が正常である限り、２つのサブシステムをそれぞれ正負逆の電流指令値で駆動しても、検査開始時からピニオンの回転角（転舵角）は変化しないので、その状態を検出することで正常と判定できる。その一方で、サブシステムの転舵軸角度コントローラや転舵軸モータ等の構成部に異常が発生している場合に、２つのサブシステムをそれぞれ正負逆の電流指令値で駆動するとピニオンが回転することから、そのピニオンの回転を検出することで異常検出ができる。

なお、操舵システムが２つのサブシステムから構成されている場合で、２つのサブシステムで同時に、まったく同じ動作となる異常を発生している場合に、２つのサブシステムをそれぞれ正負逆の電流指令値で駆動しても、転舵軸モータ１１ａ，１１ｂの駆動力の均衡が保たれて、ピニオンが回転しないことも考えられる。しかし、このようなケースは特殊なケースであるので、システムの故障確率が許容範囲かどうかで、さらに、操舵システムを３つ以上のサブシステム構成とするか考慮されるものである。

さらにこの検査処理により得られる検査結果の具体例を説明する。
ここで、検査条件を次のようにする。操舵システムは３つのサブシステムから構成されており、その３つのサブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃを検査対象とする。また、正値の電流指令値を右転舵となる値として、その正値の電流指令値を第１検査サブシステムに供給し、負値の電流指令値を左転舵となる値として、その負値の電流指令値を第２検査サブシステムに供給する。また、検査開始角を０°とし、第１検査サブシステムへの定常試験電流値を１０Ａとし、第２検査サブシステムへの定常試験電流値を−１０Ａとし、定常試験電流到達時間を１秒とし、定常状態試験時間を３秒とし、総合試験時間を４秒とし、角度変化リミッタを±１°とする。

このような検査条件の下、第１検査サブシステムと第２検査サブシステムとにおける電流指令値を、絶対値で同値とし、正負逆の値にすることで、第１検査サブシステムと第２検査サブシステムとにおける転陀方向（転舵機構５のピニオンに作用するトルクの方向）が逆になる。ここでは、第１検査サブシステムの転舵軸モータにおいては右転舵となる力が発生し、第２サブシステムの転舵軸モータにおいては左転舵となる力が発生する。

ここで、図６（Ａ）に、第１及び第２検査サブシステムにおける電流指令値の変化を示す。この図６（Ａ）に示すように、定常試験電流到達時間を１秒とし、定常試験電流値を±１０Ａとしていることから、第１及び第２検査サブシステムに供給される電流指令値は、１００ｍsecに１Ａの増加割合で変化することになる。そして、第１及び第２検査サブシステムにおける電流指令値がそれぞれ定常試験電流値である＋１０Ａ，−１０Ａに到達すると、その後３秒間の定常状態試験を開始する。
そして、マスタサブシステムは、それら期間、すなわち総合試験時間としての合計４秒間、検査判定を行う。すなわち、マスタサブシステムは、電流指令値が定常になるまでの１秒間、さらに定常になってからの３秒間、転舵角（実転舵角）が角度変化リミッタである±１°の許容範囲内になるか否かについて判定する。

図６（Ｂ）及び（Ｃ）は、このような検査で得られる転舵角の変化の例をそれぞれ示す。図６（Ｂ）に示すように、転舵角が角度変化リミッタ内にあれば、マスタサブシステムは、検査サブシステムが正常であると判定する。一方、図６（Ｃ）に示すように、転舵角が角度変化リミッタを超えれば、マスタサブシステムは、検査サブシステムが異常であると判定する。
そして、このような検査を３つサブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃの全ての組み合わせについて行う。すなわち、下記表２のような組み合わせとして、マスタサブシステムから各サブシステムに電流指令値を供給する（分配する）。このとき、マスタサブシステムの電流指令値は０Ａである。

下記表３は、表２のような組み合わせで行った場合の検査結果の一例を示す。

この表３に示す検査結果では、第１サブシステムＳＵＢａと第２サブシステムＳＵＢｂとを検査サブシステムとした場合、正常であるとする判定結果を得ており、第１サブシステムＳＵＢａと第３サブシステムＳＵＢｃとを検査サブシステムとした場合、異常であるとする判定結果を得ており、第２サブシステムＳＵＢｂと第３サブシステムＳＵＢｃとを検査サブシステムとした場合、異常であるとする判定結果を得ている。

この表３のような検査結果が得られた場合、マスタサブシステムは、それらの組み合わせから判定して、すなわち異常となったときの回転方向から問題のあるサブシステム又はそのサブシステムの転舵軸モータを特定する。この例では、２つの組み合せ共に、第３サブシステムＳＵＢｃの回転指令方向に、回転したという結果から、マスタサブシステムは、第３サブシステムＳＵＢｃを問題がある転舵軸モータとして特定する。

次の前述の実施形態における効果を説明する。
前述したように、２つのサブシステムに正負逆の検査用の電流指令値をそれぞれ供給して、転舵装置１０の動作を検出し、具体的にはその動作としてピニオンの回転角を検出し、その検出結果に基づいて当該２つのサブシステムに異常があるか否かを判定している。
これにより、操舵システムでは、前記特許文献１で開示されている外部負荷装置等を用いることなく、簡単な構成によりサブシステムの異常検査ができる。さらに、車両搭載後の構成で検査を実現しているので、車両搭載後においてもシステムの動作保証レベルを容易に診断できる。

また、製造時の組み付け工程における組み付け不良や経時劣化等はサブシステムの転舵軸モータの出力トルクの変化として現れるので、サブシステムが正常であることを検査できれば、すなわちサブシステムの転舵軸モータの出力トルクがそれぞれ等しいことを検査できれば、同時に製造時の組み付け工程における組み付け不良や経時劣化等が許容レベル内にあると診断することもできる。

また、前記特許文献１に開示するような外部負荷装置を用いて外部からモータに力を与えて検査を行う場合、検査対象のモータの特性を考慮して外部負荷装置の特性を決定する必要がある。言い換えれば、外部負荷装置で検査をする場合、検査対象のモータ毎に外部負荷装置が必要になるということである。
これに対して、本発明を適用した操舵システムでは、１組のサブシステムを検査対象としていることから、いわば１つのサブシステムの転舵軸モータに外部負荷装置の役割を与え、他のサブシステムを検査しているともいえ、さらにそれらサブシステムの特性は互いに同じである。このようなことから、検査対象のサブシステムの転舵軸モータの特性を考慮する必要もなく、検査を実現しているといえる。

また、サブシステムの構成又は特性は基本的に同じであるから、通常、サブシステムで使用する転舵軸モータを更新しようとする場合、全てのサブシステムについて転舵軸モータを変更することになる。これにより、サブシステムにおいて転舵軸モータが変更されても、外部負荷装置の役目をなす転舵軸モータも自動的に変更されたことになるといえるので、そのように転舵軸モータの変更があった後でも当該転舵軸モータの特性を考慮する必要もなく、検査を実現することができるといえる。

また、前述したように、マスタサブシステムは、複数のサブシステムの全ての組み合わせについて得た検査結果から多数決により、問題のある転舵軸モータを特定している。これにより、複数のサブシステムの中から異常が発生しているサブシステムを特定することができる。
また、前述したように、検査開始後、検査用の電流指令値を定常試験電流になるまで徐々に変化させている。

例えば、検査開始後に通常制御中では発生しないステップ状の電流指令値を検査サブシステムに供給することもできる。しかし、ステップ状の電流指令値を検査サブシステムに供給すると、検査サブシステム毎でその電流指令値に対応する過渡的な特性が異なることが考えられる。例えば、各サブシステムの通信遅れ等により異なってしまうことが考えられる。このように検査サブシステム毎で過渡的な特性が異なってしまうと、検査サブシステムの転舵軸モータの出力トルクが異なってしまうので、ピニオンの回転角が大きく変化してしまう。その結果、本来の検査目的の定常時特性が同じであるのにもかかわらず、過渡的な特性が異なってしまうことで、検査開始時に瞬時にピニオンの回転角が許容範囲（角度変化リミッタ）を超えてしまったり、そのピニオンの回転角が許容範囲を超えないがその許容範囲付近になったままで定常状態となってしまう場合がある。この状態のまま、定常値の電流指令値による検査を行うと、本来であれば許容範囲とされるピニオンの角度変化でも、異常として検出されてしまう可能性がある。

また、許容範囲（角度変化リミッタ）を大きくして検査を行うことも考えられるが、そのようにしてしまうと本来正常とはいえない場合についても正常として検出してしまう可能性がある。このようなことから、精度の高い検査を可能とするために、できる限り許容範囲は小さくすることが望ましい。
よって、前述したように、検査開始後、検査用の電流指令値を通常制御中では発生しないステップ状ではなく、徐々に変化させることで、サブシステム毎に過渡的な特性が異なることによる影響を最小限にして検査を行えるようになり、これにより適正な前記許容範囲を設定できるので精度の高い検査が可能になる。

以上、本発明の実施形態を説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態として実現されることに限定されるものではない。
すなわち、前述の実施形態では、本発明を転舵装置１０に適用した場合を説明した。しかし、これに限定されるものではない。例えば、反力装置５０が図７に示すように、転舵装置１０と同様に、複数の反力発生モータによってコラムシャフト３に操舵反力を付与するようにした構成であれば、反力装置５０に適用することも可能である。

すなわち、図７に示すように、各反力発生モータ１１ａ′〜１１ｃ′をそれぞれ駆動制御するための反力発生コントローラ２０ａ′〜２０ｃ′を設け、コラムシャフト３の回転角度を検出するための角度センサ１３ａ′〜１３ｃ′の検出信号と、上位コントローラ６０で算出された目標反力トルクに応じたコラムシャフト３の目標回転角度と、に基づいて、角度制御演算器２１ａ′〜２１ｃ′において角度制御演算を行い、この角度制御演算器２１ａ′〜２１ｃ′において算出された電流指令値と、電流センサ１４ａ′〜１４ｃ′で検出された反力発生モータ１１ａ′〜１１ｃ′への供給信号とを一致し得る駆動電流を電流制御演算器２２ａ′〜２２ｃ′において算出し、これを反力発生モータ１０ａ′〜１０ｃ′に供給し駆動する。

この場合にも、前述の実施形態と同様に、何れか優先順位の高いサブシステムにおいて電流指令値の算出を行い、これを通信バス４０′を介して他のサブシステムに通知し、全てのサブシステムが、同一の電流指令値に基づいて各反力発生モータ１１ａ′〜１１ｃ′を駆動する。そして、操舵システムでは、前述の実施形態と同様に、全てのサブシステムの組み合わせについて検査処理を実施する。このようにすることによって、前述の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

また、前述の実施形態では、転舵装置１０又は反力装置５０を３つのサブシステムで構成した場合を説明した。しかし、この数のサブシステムを備えて構成することに限定されるものではない。例えば、２つのサブシステムにより構成することもできる。この場合、２つの検査サブシステムうちの一つをマスタサブシステムとし、そのマスタサブシステムが、検査用の電流指令値で自身を動作させるとともに、他の検査サブシステムに検査用の電流指令値を供給するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、検査サブシステムでないサブシステムをマスタサブシステムとして、このマスタサブシステムから検査サブシステムに電流指令値を供給している場合を説明した。しかし、これに限定されるものではない。例えば、検査用の電流指令値を検査サブシステムに供給するといったマスタサブシステム相当の機能が、サブシステムでない構成部位により実現可能であれば、当該構成部位が検査サブシステムに電流指令値を供給して検査をするようにしてもよい。

なお、前述の実施形態の説明において、転舵軸モータは、転舵機構又は操舵機構に転舵又は操舵するようにトルクを付与するトルク発生手段を実現しており、サブシステムＳＵＢａ〜ＳＵＢｃは、トルク発生手段に発生させるトルクを電流指令値に基づいて制御する制御ユニットを実現しており、マスタサブシステムは、２つのトルク発生手段が発生する各トルクが転舵機構又は操舵機構にてその転舵方向又は操舵方向で互いに反対になるように作用し、かつその絶対値が同じとなるように駆動するとともに当該トルク発生手段を備える前記転舵機構又は操舵機構の動作を検出し、その検出結果に基づいて、当該トルク発生手段の異常を判定する異常判定手段を実現している。

本発明の実施形態における操舵システムの一例を示す概略構成図である。前記操舵システムの転舵装置の構成を示す概略構成図である。前記操舵システムにおける信号の流れを示す概念図である。前記操舵システムの検査処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。前記検査処理中の検査準備処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。検査処理の検査結果の一例を説明するために用いた図である。本発明を、前記図１の反力装置に適用した場合の概略構成図である。

符号の説明

１ステアリングホイール
２Ｌ，２Ｒ転舵輪
３コラムシャフト
１０転舵装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ転舵軸モータ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃモータドライバ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ角度センサ
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ電流センサ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ転舵軸角度コントローラ
５０反力装置
６０上位コントローラ

Claims

操舵機構の操舵量に応じて当該操舵機構と機械的に分離された転舵機構を駆動制御する転舵装置と、前記転舵機構の転舵に伴う反力を前記操舵機構に付与する反力装置とを備え、前記転舵装置及び前記反力装置の少なくとも何れか一方は、前記転舵機構又は前記操舵機構を転舵又は操舵するようにトルクを付与するトルク発生手段を複数備えて構成した車両の操舵装置であって、
２つのトルク発生手段が発生する各トルクが前記転舵機構又は操舵機構にてその転舵方向又は操舵方向で互いに反対になるように作用し、かつその絶対値が同じになるようにしつつ当該各トルクを漸増させて当該２つのトルク発生手段を駆動するとともに、当該トルク発生手段を備える前記転舵機構又は操舵機構の動作を検出し、その検出結果に基づいて、当該トルク発生手段の異常を判定する異常判定手段を備えることを特徴とする車両の操舵装置。
前記異常判定手段は、異常検出の処理開始時から予め定めた時間内、前記各トルクを漸増させることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵装置。
前記異常判定手段は、予め定めた値まで前記各トルクを漸増させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の操舵装置。
前記転舵機構又は操舵機構は、前記トルク発生手段からのトルクを回転部材を介して伝達されており、前記異常判定手段は、前記回転部材の角度から前記転舵機構又は操舵機構の動作を検出し、当該回転部材の回転角度が所定の閾値よりも大きくなった場合、前記トルク発生手段が異常と判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの一に記載の車両の操舵装置。
少なくとも３つのトルク発生手段を備えて構成されており、
前記異常判定手段は、前記トルク発生手段の組み合わせ全てについて、２つのトルク発生手段が発生する各トルクが前記転舵機構又は操舵機構にてその転舵方向又は操舵方向で互いに反対になるように作用し、かつその絶対値が同じになるように駆動するとともに当該トルク発生手段を備える前記転舵機構又は操舵機構の動作を検出し、当該トルク発生手段の組み合わせ全てについて得た検出結果に基づいて、異常のあるトルク発生手段を特定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの一に記載の車両の操舵装置。