JP5047279B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

この発明は、運転者のハンドル操舵角に対し、電気的に制御可能な電動機を用いた副操舵角重畳機構により機械的に副操舵角を重畳して、車輪を転舵する車両用操舵装置に関し、特に、運転者のハンドル操作を補正するための介入操舵を行う装置や、運転者のハンドル操舵角と操向車輪の転舵角との間の伝達特性を変化させる装置において、電動機の回転を阻止する技術に関するものである。

従来から、ハンドルと操向車輪との間に副操舵角重畳機構を搭載し、運転者のハンドル操舵角に対する操向車輪の転舵角との伝達特性を車両の走行状態に応じて変化させる車両用操舵装置は、よく知られている（例えば、特許文献１参照）。

この種の操舵装置では、電動機が自由回転できる状態になると、運転者がハンドルを操舵したとしても、電動機が回転するのみで、操向車輪が転舵できなくなる。そこで、この問題に対処するため、上記従来装置では、電動機の回転を阻止することを目的として、電動機を駆動するトランジスタブリッジ回路の上流側または下流側の一方側のトランジスタをＯＮ駆動し、他方側をオフ駆動することにより、電動機の回転を阻止している。

特開２００５−３５００３６号公報

上記のような従来の車両用操舵装置では、バッテリ端子が外れた場合や、ヒューズ溶断などによって制御装置への電源供給が途絶えた場合、または、制御を司るマイクロコントローラの故障や、周辺回路、特にトランジスタブリッジ回路の故障した場合には、電動機を駆動するトランジスタブリッジ回路の上流側または下流側の一方側のトランジスタをＯＮ駆動し、他方側をオフ駆動することができないので、電動機の回転を阻止することができなくなるという課題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、電動機駆動手段の故障状態などによらず、電動機の回転を速やかに阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じた操向車輪の転舵が可能な車両用操舵装置を得ることを目的とする。

この発明に係る車両用操舵装置は、運転者が操作するハンドルと電動機により副操舵角が重畳可能な副操舵角重畳機構とにより操向車輪を操舵する操舵機構を有する車両用操舵装置において、車両の走行状態に応じて、ハンドルの操舵角と操向車輪の操向角（転舵角）との伝達特性を設定する伝達特性設定手段と、運転者のハンドル操舵角を検出するハンドル角検出手段と、副操舵角重畳機構により操舵される副操舵角を検出する副操舵角検出手段または、操向車輪の操向角検出する操向角検出手段と、ハンドル角検出手段からのハンドル操舵角検出値と伝達特性とに基づき、副操舵角重畳機構により付加される目標副操舵角または目標操向角を生成して、目標副操舵角と副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するか、または、目標操向角と操向角検出手段からの操向角検出値とが一致するように、電動機の目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、目標駆動量に応じて電動機を駆動する電動機駆動手段と、所定条件下で電動機の両端子間を短絡することにより電動機の回転を阻止するリレー手段と、少なくとも電動機駆動手段の故障を検出する故障検出手段と、車両が直進走行状態であることを検出する直進走行検出手段とを備え、リレー手段は、故障検出手段により検出された故障の種類に応じて、動作が制御され、故障検出手段により電動機の非自転故障が検出された場合に、副操舵角重畳機構の駆動制御を継続させ、さらに、直進走行検出手段により車両が直進走行状態であることが検出された場合には、電動機の駆動を停止させるとともに、電動機の両端子間を短絡させるように動作し、電動機の非自転故障は、電動機駆動手段の故障に起因して、電動機に対し駆動方向は正しいものの過大な駆動量が発生する故障であるものである。

この発明によれば、電動機駆動手段の故障状態などによらず、電動機の回転を速やかに阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

この発明の実施例１に係る車両用操舵装置の全体概要を示すブロック構成図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る車両用操舵装置を用いて可変ギアレシオ機構を構成する際の、ハンドル角−目標転舵角を決定するのに用いる伝達特性の一例を示す説明図である。（実施例１） この発明の実施例１に係る車両用操舵装置を用いて可変ギアレシオ機構を構成する際の、ハンドル角−目標転舵角を決定するのに用いる伝達特性の一例を示す説明図である。（実施例１） 図１内の目標電流設定手段およびデューティ比設定手段の構成例を示すブロック図である。（実施例１） この発明の実施例２に係る車両用操舵装置の全体概要を示すブロック構成図である。（実施例２） この発明の実施例３に係る車両用操舵装置の全体概要を示すブロック構成図である。（実施例３）

（実施例１）
この発明の実施例１に係る車両用操舵装置を図１に示す。
図１において、車両用操舵装置は、運転者が操舵するハンドル１と、ハンドル１に連結された電気的制御自在な副操舵角重畳機構２と、副操舵角重畳機構２に連結されたラックアンドピニオン方式の操舵機構３と、操舵機構３に連結されたナックルアーム４ａ、４ｂと、ナックルアーム４ａ、４ｂに連結された操向車輪５ａ、５ｂと、ハンドル１の操舵量（ハンドル角θ_H）を検出するハンドル角検出手段６と、ハンドル角θ_Hに基づき目標副操舵角を設定する目標副操舵角設定手段７と、目標副操舵角設定手段７に接続された伝達特性設定手段８と、伝達特性設定手段８に接続された車両走行状態検出手段９と、副操舵角重畳機構２による副操舵角（回転角θ_M）を検出する副操舵角検出手段１０と、ハンドル角および副操舵角に基づき目標電流を設定する目標電流設定手段１１と、目標電流に基づき副操舵角重畳機構２の駆動電流を制御する電流制御手段１２と、電流制御手段１２に接続された短絡リレー１３および駆動電源リレー１５と、短絡リレー１３および駆動電源リレー１５を駆動する短絡リレー駆動手段１４および駆動電源リレー駆動手段１６と、短絡リレー駆動手段１４および駆動電源リレー駆動手段１６を制御するリレー制御手段１７と、リレー制御手段１７に接続された故障検出手段１８および直進走行検出手段１９とを備えている。

副操舵角重畳機構２は、一例として、第１の遊星ギア機構２０１〜２０５と、第２の遊星ギア機構２０６〜２０９と、２つの遊星ギア機構を連結するシャフト２１０と、第１の遊星ギア機構に連結されたウォームギア２１１と、電流制御手段１２の制御下でウォームギア２１１を駆動する電動機（モータ）２１２とにより構成されている。

第１の遊星ギア機構は、ハンドル１に接続されたサンギア２０１と、キャリア２０３によって支持されたプラネタリギア２０２ａ、２０２ｂと、リングギア２０４と、リングギア２０４を回転させるためのウオームホイール２０５とにより構成されている。

第２の遊星ギア機構は、操舵機構３に連結されたサンギア２０６と、キャリア２０８によって支持されたプラネタリギア２０７ａ、２０７ｂと、固定されたリングギア２０９とにより構成されている。また、第１の遊星ギア機構のキャリア２０３と、第２の遊星ギア機構のキャリア２０８とは、シャフト２１０を介して接続されている。

操舵機構３は、ピニオンギア３０１と、ピニオンギア３０１と噛み合うラックギア３０２とにより構成されている。ピニオンギア３０１の回転は、ラックギア３０２の直動に変換され、さらに、ラックギア３０２の直動は、ナックルアーム４ａ、４ｂにより、操向車輪５ａ、５ｂの操舵角に変換されて伝達される。

ハンドル角検出手段６は、運転者が操舵するハンドル１の操舵角を検出し、ハンドル角θ_Hを目標副操舵角設定手段７に入力する。伝達特性設定手段８には、車両走行状態検出手段９からの検出情報が入力されている。

副操舵角検出手段１０は、実質的に副操舵角θｓに相当する電動機２１２の回転角度を検出して目標電流設定手段１１に入力する。目標電流設定手段１１は、目標副操舵角設定手段７からの目標副操舵角θｓ_REFと、副操舵角検出手段１０からの副操舵角θｓとに基づき、電動機２１２を駆動するための目標電流Ｉ_REFを演算して電流制御手段１２に入力する。

電流制御手段１２は、副操舵角重畳機構２内の電動機２１２の駆動電流を制御するために、デューティ比設定手段１２０１と、ＦＥＴドライバ１２０２と、ＦＥＴドライバ１２０２により駆動されるＨブリッジ回路（ＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄ）と、電流検出用抵抗１２０４ａと、電流検出用抵抗１２０４ａの両端間電圧を差動増幅する差動増幅器１２０４ｂとにより構成されている。

デューティ比設定手段１２０１には、目標電流設定手段１１からの目標電流Ｉ_REFと、差動増幅器１２０４ｂからの検出電流Ｉｓとが入力される。ＦＥＴドライバ１２０２には、デューティ比設定手段１２０１からのデューティ比と、リレー制御手段１７からの制御信号とが入力される。４つのＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄからなるＨブリッジ回路の出力端子は、電動機２１２に接続されている。

短絡リレー１３は、短絡リレー駆動手段１４により駆動されて、電動機２１２の両端子間を短絡する。駆動電源リレー１５は、駆動電源リレー駆動手段１６により駆動されて、電流制御手段１２への駆動電源の供給および遮断を行う。

故障検出手段１８は、副舵角検出手段１０や差動増幅器１２０４ｂなど種々の故障検出時に、故障検出信号をリレー制御手段１７に入力し、直進走行検出手段１９は、直進走行検出時に、直進走行状態を示す検出信号をリレー制御手段１７に入力する。これにより、リレー制御手段１７は、故障発生時の故障の種類に応じて、また、直進走行状態に応じて、短絡リレー１３および駆動電源リレー１５の動作を決定する。

短絡リレー駆動手段１４および駆動電源リレー駆動手段１６は、リレー制御手段１７からの制御信号に応答して、短絡リレー１３および駆動電源リレー１５の動作を制御する。

次に、図１に示したこの発明の実施例１に係る車両用操舵装置の動作について説明する。
まず始めに、副操舵角重畳機構２のウォームギア２１１を回転させない状態について説明する。
ウォームギア２１１を回転させない場合には、第１の遊星ギア機構のリングギア２０４が固定されることになる。この状態で、運転者がハンドル１を操舵すると、ハンドル１の回転トルクは、第１の遊星ギア機構のサンギア２０１に伝達される。

続いて、サンギア２０１の回転は、遊星ギア２０１ａ、２０１ｂに伝えられるが、前述のようにリングギア２０４が固定されているので、遊星ギア２０２ａ、２０２ｂを支持しているキャリア２０３を公転させることになり、第２の遊星ギア機構への回転伝達用のシャフト２１０を回転させる。すなわち、第１の遊星ギア機構は、遊星ギア方式の減速機として動作することになる。

続いて、シャフト２１０の回転は、第２の遊星ギア機構のキャリア２０８に伝達され、キャリア２０８が回転することにより、遊星ギア２０７ａ、２０７ｂは、サンギア２０６の周りを公転する。ここで、第２の遊星ギア機構においては、リングギア２０９が固定されているので、遊星ギア２０７ａ、２０７ｂの公転は、サンギア２０１の回転となり、操舵機構３のピニオンｇｉａ３０１を回転することになる。

このとき、第２の遊星ギア機構は、シャフト２１０から見て、増速機として動作することになる。したがって、ハンドル１の回転は、ピニオンギア３０１に機械的に伝達されることになり、また、ピニオンギア３０１への伝達比も、１対１となる。

つまり、ハンドル１からピニオンギア３０１への伝達比は、第１の遊星ギア機構の減速比と、第２の遊星ギア機構の減速比とを掛け合わせた値であり、２つの遊星ギア機構の構成が同一であれば、全体として減速比は「１」となる。すなわち、本実施例１の機構において、ウォームギア２１１の回転を停止させれば、ハンドル角θ_Hと操舵機構３のピニオン角とが「１対１」となり、実質的に通常の操舵系を構成することが分かる。

次に、ハンドル１を固定し、電動機２１２を用いてウォームギア２１１を回転させた場合について説明する。
ウォームギア２１１が回転すると、ウォームホィール２０５を介して、リングギア２０４が回転する。

リングギア２０４の回転は、遊星ギア２０２ａ、２０２ｂに伝達されるが、サンギア２０１がハンドル１により固定されているので、遊星ギア２０２ａ、２０２ｂに対する回転トルクは、遊星ギア２０２ａ、２０２ｂの公転として伝達され、キャリア２０３を介してシャフト２１０に伝達される。シャフト２１０が回転すると、前述のように第２の遊星ギア機構を介して操舵機構３が駆動され、操向車輪５ａ、５ｂが転舵される。

次に、ハンドル１を操舵しながら、電動機２１２を用いてウォームギア２１１を回転させた場合について説明する。
ここでは、ハンドル１のハンドル角θ_Hと、電動機２１２の回転角θ_Mと、ピニオンギア３０１の回転角θｐと、ウォームギア２１１からピニオンギア３０１への速度比Ｇｓとを用いて説明する。ここで、上述したように、以下の式（１）が成り立ち、電気的に制御自在な副操舵角重畳機構２が構成される。

ここで、式（１）内の「θ_M／Ｇｓ」を副操舵角θｓとして表すと、式（１）は、以下の式（２）のように変形することができる。

以下、車両の走行状態に応じて、ハンドル１の操舵角と操向車輪５ａ、５ｂの転舵角との比率を変化させる「可変ギアレシオ機構」を例にとって説明する。
図２は目標操向角のハンドル角に対する特性を示す説明図であり、ハンドル角θ_Hに対する目標操向角（目標転舵角、目標ピニオン角）θｐ_REFの伝達特性ｆ（θ_H）の一例を、車速に応じた値として示している。
図３は目標副操舵角のハンドル角に対する特性を示す説明図であり、ハンドル角θ_Hに対する目標副操舵角θｓ_REFの伝達特性ｆ（θ_H）および機構特性の一例を、車速に応じた値として示している。
図２および図３は、上記式（２）から、以下の式（３）、式（４）により求めた結果を、それぞれ示している。

図１内の伝達特性設定手段８は、車両走行状態検出手段９からの検出情報の１つである車両速度に応じて伝達特性ｆ（θ_H）を設定し、目標副操舵角設定手段７は、ハンドル角検出手段６からのハンドル角θ_Hと、伝達特性設定手段８からの伝達特性ｆ（θ_H）とにより目標副操舵角θｓ_REFを設定する。
一方、副操舵角検出手段１０は、副操舵角θｓを検出し、目標電流設定手段１１は、目標副操舵角θｓ_REFおよび副操舵角（検出値）θｓに基づいて、目標電流Ｉ_REFを算出する。

次に、図４を参照しながら、目標電流設定手段１１による目標電流Ｉ_REFの算出方法と、電流制御手段１２内のデューティ比設定手段１２０１によるデューティ比の算出方法とについて説明する。
図４は目標電流設定手段１１およびデューティ比設定手段１２０１の具体的構成例を示す機能ブロック図である。

図４において、目標電流設定手段１１は、副操舵角偏差Δθｓを算出する減算器１１０１と、副操舵角偏差Δθｓを増幅する増幅器１１０２と、副操舵角偏差Δθｓを微分する微分器１１０３ａと、副操舵角偏差Δθｓを積分する積分器１１０４ａと、微分値および積分値を増幅する増幅器１１０３ｂ、１１０４ｂと、各増幅器１１０２、１１０３ｂ、１１０４ｂの出力値を加算して目標トルクＴ_REFを求める加算器１１０５と、目標トルクＴ_REFを目標電流Ｉ_REFに変換する出力増幅器１１０６とを備えている。

また、デューティ比設定手段１２０１は、電流偏差ΔＩを算出する減算器１２０１ａと、電流偏差ΔＩを増幅する増幅器１２０１ｂと、電流偏差ΔＩを積分する積分器１２０１ｃと、積分値を増幅する増幅器１２０１ｄと、各増幅器１２０１ｄ、１２０１ｄの出力値を加算して目標印加電圧Ｖ_Mを求める加算器１２０１ｅと、目標印加電圧Ｖ_Mをデューティ比に変換するデューティ比算出手段１２０１ｆとを備えている。

まず、目標電流設定手段１１において、減算器１１０１は、目標副操舵角θｓ_REFと検出副操舵角θｓとの副操舵角偏差Δθｓ（＝θｓ_REF−θｓ）を演算し、増幅器１１０２は、副操舵角偏差Δθｓに比例ゲインＫＰｐを乗算した値を加算器１１０５に入力する。
一方、微分器１１０３ａは、副操舵角偏差Δθｓを微分し、増幅器１１０３ｂは、微分器１１０３ａからの微分値に微分ゲインＫＤｐを乗算して加算器１１０５に入力する。また、積分器１１０４ａは、副操舵角偏差Δθｓを積分し、増幅器１１０４ｂは、積分器１１０４ａからの積分値に積分ゲインＫＩｐを乗算して加算器１１０５に入力する。

加算器１１０５は、各増幅器１１０２、１１０３ｂ、１１０４ｂによる３つの乗算結果を加算して目標トルクＴ_REFを求める。
なお、各増幅器１１０２、１１０３ｂ、１１０４ｂの３つのゲイン（比例ゲインＫＰｐ、ＫＤｐ、ＫＩｐ）は、副操舵角重畳機構２における電動機２１２の発生トルクを入力とし、副操舵角を出力とした場合の周波数特性に応じて、最適に設定されているものとする。

ここで、電動機２１２の駆動電流Ｉ_Mに対する発生トルクＴ_Mの関係を表すトルク定数をＫｔとすると、電動機２１２の発生トルクＴ_Mは、以下の式（５）のように表される。

したがって、出力増幅器１１０６は、式（５）の関係を用いて、目標トルクＴ_REFを目標電流Ｉ_REFに変換する。
以上の目標電流算出処理は、所定時間（角度制御周期）ごとに繰り返し実行され、これにより、目標電流Ｉ_REFは、順次更新されて、電流制御手段１２に入力される。

次に、デューティ比設定手段１２０１の動作について説明する。
図４において、デューティ比設定手段１２０１には、目標電流設定手段１１からの目標電流Ｉ_REFと、差動増幅器１２０４ｂ（電流検出手段）からの検出電流Ｉｓとが入力されており、まず、減算器１２０１ａは、目標電流Ｉ_REFと検出電流Ｉｓとの電流偏差ΔＩ（＝Ｉ_REF−Ｉｓ）を演算する。

増幅器１２０１ｂは、電流偏差ΔＩに比例ゲインＫＰｉを乗算した値を加算器１２０１ｅに入力する。一方、積分器１２０１ｃは、電流偏差ΔＩを積分し、増幅器１２０１ｄは、積分器１２０１ｃの積分結果に積分ゲインＫＩｉを乗算して、加算器１２０１ｅに入力する。
加算器１２０１ｅは、各増幅器１２０１ｂ、１２０１ｄの２つの乗算結果を加算して、電動機２１２に対する目標印加電圧Ｖ_Mを演算する。

以下、デューティ比算出手段１２０１ｆは、電流制御手段１２（電動機駆動手段）に入力されている駆動用電源電圧などを用いて、電動機２１２に対する供給電流のデューティ比を算出する。このとき、デューティ比算出手段１２０１ｆは、設定したデューティ比に基づいて電動機２１２を駆動した結果、電動機２１２への印加電圧が目標印加電圧Ｖ_Mとほぼ等しくなるようなデューティ比を算出する。

なお、各増幅器１２０１ｂ、１２０１ｄの比例ゲインＫＰｉおよび積分ゲインＫＩｉは、電動機２１２の電気的特性に基づいて、電流制御特性が副操舵角を制御するのに適した特性となるように、設定されるものとする。

次に、図１を参照しながら、電流制御手段１２内のデューティ比設定手段１２０１以降の動作について説明する。
デューティ比設定手段１２０１から出力されるデューティ比は、ＦＥＴドライバ１２０２に入力される。
ＦＥＴドライバ１２０２は、デューティ比にしたがい、Ｈブリッジ回路を構成する４つのＦＥＴ１２０３ａ、１２０３ｂ、１２０３ｃ、１２０３ｄをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、電動機２１２に印加する電圧をＰＷＭ制御する。
また、差動増幅器１２０４ｂは、電流制御手段１２から電動機２１２への配線上にある電流検出用抵抗１２０４ａの両端に発生する電圧を、検出電流Ｉｓとして検出する。

電流制御手段１２は、上記処理手順を、所定時間（電流制御周期）ごとに繰り返し実行することにより、目標電流設定手段１１による目標電流Ｉ_REF（角度制御周期で順次更新される）と検出電流Ｉｓとが一致するように、電動機２１２に流れる電流を制御する。

なお、目標電流設定手段１１からの目標電流Ｉ_REFは、所定の角度制御周期ごとに更新されるので、電流制御手段１２による電流制御処理は、目標電流Ｉ_REFが更新されてから次回の更新までの間に、電動機２１２への供給電流を目標電流Ｉ_REFと一致するように制御する必要がある。
したがって、電流制御手段１２による電流制御周期は、目標電流設定手段１１による角度制御周期よりも短く設定した方が望ましい。また、このとき、２つの制御周期（電流制御周期および角度制御周期）は、同期させたほうが望ましいが、それぞれの制御を非同期に動作させてもよい。

次に、図１内の故障検出手段１８による故障検出時の動作について説明する。まず、図１を参照しながら、副舵角検出手段１０が故障した場合の動作について説明する。
副舵角検出手段１０が故障した場合、正確な電動機２１２の回転角θ_Mを検出することができないので、電動機２１２の回転角度を制御するフィードバック系が破綻し、電動機２１２は、運転者の操舵とは無関係に自転（自転故障）することになる。このような状態になると操舵装置が機能しなくなるので、一刻も早く電動機２１２の自転を停止させる必要がある。

したがって、故障検出手段１８は、副舵角検出手段１０の自転故障を検出すると、リレー制御手段１７および駆動電源リレー駆動手段１６を介して、電流制御手段１２への給電を停止して電動機２１２への電流供給駆動を停止させる。
また、故障検出手段１８は、リレー制御手段１７および短絡リレー駆動手段１４を介して短絡リレー１３を駆動させ、電動機２１２の両端子間を短絡することにより、電動機２１２の回転を電気的に抑制する。

このとき、電動機２１２への電流駆動の停止処理は、リレー制御手段１７を介してＦＥＴドライバ１２０２を停止させて、ＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄをすべてＯＦＦにするか、または、リレー制御手段１７および駆動電源リレー駆動手段１６を介して駆動電源リレー１５を駆動することにより、Ｈブリッジ回路を構成するＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄへの電源供給を遮断することにより行われる。これにより、運転者のハンドル操舵に応じた操向車輪５ａ、５ｂの転舵が可能となる。

次に、図１および図４を参照しながら、差動増幅器１２０４ｂ（電流検出手段）の故障などにより、検出電流Ｉｓが目標電流Ｉ_REFの規定範囲を超えた場合の動作について説明する。
通常、目標電流設定手段１１は、電動機２１２に供給可能な最大電流を超えた目標電流Ｉ_REFを出力することがないように構成されている。

たとえば、故障などにより、検出電流Ｉｓが、最大電流で規定される目標電流の範囲を超えると、デューティ比設定手段１２０１内の減算器１２０１ａ（図４参照）による電流偏差ΔＩの極性は、目標電流Ｉ_REFの値によらず、常に同極性となる。このとき、積分器１２０１ｃは、常に同極性の電流偏差ΔＩを積分するので、目標印加電圧Ｖ_Mは、一方向の極性に張り付くことになり、電動機２１２は、いずれかの方向に自転（自転故障）することになる。

したがって、故障検出手段１８は、このような自転故障状態を検出した場合にも、リレー制御手段１７および駆動電源リレー駆動手段１６を介して、電動機２１２への電流駆動を停止し、さらに短絡リレー駆動手段１４を介して短絡リレー１３を駆動して電動機２１２の両端子間を短絡することにより、電動機２１２の自転故障を電気的に抑制する。この結果、運転者のハンドル操舵に応じた操向車輪５ａ、５ｂの転舵が可能となる。

次に、車載バッテリ（図示せず）の端子が外れることなどによって、図１の操舵装置への電源供給が途絶えた場合の動作について説明する。
車載バッテリからの電源供給が途絶えると、副操舵角重畳機構２内の電動機２１２は、出力軸側から自由に回転させることが可能な状態になる。

このように、電動機２１２が自由回転可能になると、運転者がハンドル１を強固に把持していても、電動機２１２が自由回転するので、操向車輪５ａ、５ｂは、車両走行時に生じるセルフアライメントトルクによって、中立点に向かって自動的に転舵される。

しかし、短絡リレー１３は、電源供給されない場合には、必ず電動機２１２の両端子間を短絡するように構成されている。したがって、電源供給が絶たれた場合には、短絡リレー１３が、図１に示した位置から駆動されて電動機２１２の両端子間を短絡するので、電動機２１２の空転故障を電気的に抑制することができる。この結果、運転者のハンドル操舵に応じた操向車輪５ａ、５ｂの転舵が可能となる。

次に、電動機２１２に電流供給するＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄのいずれかが故障した場合の動作について説明する。
ＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄのいずれかが故障すると、電動機２１２の駆動力に不足が生じて、電動機２１２が空転故障の状態に陥る可能性がある。

したがって、故障検出手段１８は、このような故障状態を検出した場合にも、リレー制御手段１７を介して電動機２１２への電流駆動を停止させ、さらに短絡リレー駆動手段１４を介して、短絡リレー１３を駆動して電動機２１２の両端子間を短絡させることにより、電動機２１２の空転故障を電気的に抑制する。この結果、運転者のハンドル操舵に応じた操向車輪５ａ、５ｂの転舵が可能となる。

次に、差動増幅器１２０４ｂの故障などにより、検出電流Ｉｓが常に目標電流Ｉ_REFの範囲内となる場合の動作について説明する。なお、前述のように、目標電流Ｉ_REFは、電動機２１２に供給可能な最大電流を超えることはない。
したがって、検出電流Ｉｓが規定範囲内異常となった場合には、副操舵角偏差Δθｓに基づく目標電流Ｉ_REFと、故障に起因した規定範囲内の検出電流Ｉｓとの電流偏差ΔＩ（図４参照）の極性は、副操舵角偏差Δθｓの極性とほぼ一致する。すなわち、電動機２１２の駆動方向は、目標電流設定手段１１による駆動方向と一致することになる。

この場合、電動機２１２への駆動電流が制御されないので、電動機２１２は振動的に動作することになるが、電動機２１２の振動は、目標副操舵角θｓ_REFに追従して生じる。したがって、このまま電動機２１２の制御を続行しても、運転者の意図しない方向に操向車輪５ａ、５ｂが操舵されることがない。
よって、検出電流Ｉｓの規定範囲内異常を故障検出手段１８が検出したとしても、電流制御手段１２を緊急に停止させる必要はない。

ただし、故障検出手段１８が規定範囲内異常を検出した後に、直進走行検出手段１９が、車両が直進走行状態にあると判定した場合には、リレー制御手段１７は、電動機２１２への電流駆動を停止し、さらに短絡リレー駆動手段１４を介して短絡リレー１３を駆動して電動機２１２の両端子間を短絡することにより、電動機２１２の自転を電気的に抑制する。
また、電流制御手段１２の故障に起因して、電動機２１２に対し駆動方向は正しいものの過大な駆動量（駆動電流Ｉ_M）が発生する故障、すなわち電動機２１２が自転しない故障（非自転故障）を抑制することもできる。

これにより、運転者のハンドル操舵に応じた転舵輪５ａ、５ｂの転舵が可能になるとともに、直進走行状態では、副操舵角は「０°」に制御されているので、ハンドル１の中立点と操向車輪５ａ、５ｂの中立点とが一致するようになる。

（実施例２）
なお、上記実施例１（図１）の短絡リレー１３は、故障検出時に電動機２１２の両端子間を短絡するのみであったが、図５内の短絡リレー１３Ａのように、故障検出時に電動機２１２の両端子間を短絡すると同時に、Ｈブリッジ回路（ＦＥＴ１２０３ａ〜１２０３ｄ）および電動機２１２への電流経路を遮断するように構成してもよい。

図５はこの発明の実施例２に係る車両用操舵装置を示しており、前述（図１）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。図５の構成は、図１と比較して、短絡リレー１３Ａの構造が異なっている。

すなわち、図１内の短絡リレー１３は、単に電動機２１２の両端子間を短絡するように動作するのに対し、図５の短絡リレー１３Ａは、故障検出時に、図示された状態から切り替えられて、電動機２１２の両端子間を短絡すると同時に、Ｈブリッジ回路および電動機２１２への経路を遮断する。
図５の構成によれば、前述の電動機２１２への駆動電流停止処理を必ずしも実行する必要はない。

なお、上記実施例１、２では、電動機２１２として、２つの入力端子を有するＤＣモータ（ブラシ付き）を用いた場合について説明したが、３相のＤＣブラシレスモータを用いてもよい。この場合、ＤＣブラシレスモータの制御方式に合わせた目標電流の設定と、モータ電流の制御方式とが採用される。

また、電動機２１２の回転角θ_M（副操舵角重畳機構２による副操舵角θｓ）を制御する場合について説明したが、実質的に操向車輪５ａ、５ｂの操向角を制御してもよい。この場合、操向車輪５ａ、６ｂの操向角、または、ラックアンドピニオン方式の操舵機構３のピニオンギア３０１の回転角度や、ラック３０１の直動位置などを検出する操向角検出手段（図示せず）を設けることにより、目標操向角θｐ_REF（図２参照）と操向角検出手段の出力値とが一致するように、電動機２１２を駆動することができる。

また、副操舵角度重畳機構２として、２つの遊星ギア機構を組み合わせた構成を適用したが、ハンドル１の操舵（ハンドル角θ_H）に対して、副操舵角θｓを重畳可能な機構であれば、どのような構成を適用してもよい。また、前述の従来装置に参照されるように、機械的に電動機２１２の回転を止める機構を併用してもよい。

（実施例３）
なお、上記実施例１、２（図１、図５）では、１系統のみからなるリレー制御手段１７、故障検出手段１８および直進走行検出手段１９を用いたが、図６のように、複数系統（たとえば、２系統）のリレー制御手段１７Ａ、故障検出手段１８Ａおよび直進走行検出手段１９Ａと、リレー制御手段１７Ｂ、故障検出手段１８Ｂおよび直進走行検出手段１９Ｂとを用いてもよい。

図６はこの発明の実施例３に係る車両用操舵装置を示しており、前述（図１）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｃ」を付して詳述を省略する。
図６の構成は、図１と比較して、並列構成された２系統のリレー制御手段１７Ａ、１７Ｂ、故障検出手段１８Ａ、１８Ｂおよび直進走行検出手段１９Ａ、１９Ｂを有する点が異なるとともに、短絡リレー駆動手段１４Ｃおよび駆動電源リレー駆動手段１６Ｃの動作が異なる。

図６において、リレー制御手段１７Ａ、故障検出手段１８Ａおよび直進走行検出手段１９Ａと、リレー制御手段１７Ｂ、故障検出手段１８Ｂおよび直進走行検出手段１９Ｂとは、それぞれ同等の機能を有する。すなわち、故障検出手段１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ独立して故障を検出し、直進走行検出手段１９Ａ、１９Ｂは、それぞれ独立して直進走行状態を検出する。

また、リレー制御手段１７Ａ、１７Ｂは、それぞれ、個別に接続された故障検出手段１８Ａ、１８Ｂからの故障検出信号の種類と、直進走行検出手段１９Ａ、１９Ｂからの検出力信号とに応じて、短絡リレー駆動手段１４Ｃおよび駆動電源リレー駆動手段１６Ｃを介して、短絡リレー１３および駆動電源リレー１５の動作を決定する。

短絡リレー駆動手段１４Ｃは、リレー制御手段１７Ａ、１７Ｂの少なくとも１つが短絡動作を出力した場合に、短絡リレー１３を図示した状態から切り替えて電動機２１２の両端子間を短絡する。
また、駆動電源リレー駆動手段１６Ｃは、リレー制御手段１７Ａ、１７Ｂの少なくとも１つが駆動電源遮断を出力した場合に、駆動電源リレー１５を図示した状態から切り替えて、Ｈブリッジ回路に対する駆動電源を遮断する。

なお、この場合、Ａ系統１７Ａ〜１９Ａと、Ｂ系統１７Ｂ〜１９Ｂとは、２重系を確保するために、それぞれ個別のＣＰＵ（図示せず）で構成されることが望ましい。
Ａ系統およびＢ系統を個別のＣＰＵで構成した場合、各故障検出手段１８Ａ、１８Ｂに対して、それぞれ独立したＣＰＵの入力回路が用いられるので、特に、入力回路に関する故障検出の信頼性が向上する。

また、短絡リレー１３を前述の実施例２（図５）のように、電動機２１２の両端子間を短絡すると同時に、Ｈブリッジ回路および電動機２１２への給電経路を遮断するように構成してもよい。

また、前述と同様に、電動機２１２として３相のＤＣブラシレスモータを用いてもよく、電動機２１２の角度制御に代えて操向車輪５ａ、５ｂの操向角を制御してもよく、副操舵角度重畳機構２としてどのような機構を用いてもよく、従来装置のように機械的に電動機２１２の回転を止める機構を併用してもよい。

以上のように、この発明に係る車両用操舵装置は、運転者が操作するハンドル１と電動機２１２を用いて副操舵角が重畳可能な副操舵角重畳機構２とにより操向車輪５ａ、５ｂを操舵する操舵機構３を有する車両用操舵装置において、車両の走行状態に応じて、ハンドル１の操舵角と操向車輪５ａ、５ｂの操向角との伝達特性ｆ（θ_H）を設定する伝達特性設定手段８と、運転者のハンドル操舵角（ハンドル角θ_H）を検出するハンドル角検出手段６と、副操舵角重畳機構２により操舵される副操舵角θｓを検出する副操舵角検出手段１０（または、操向車輪の操向角を検出する操向角検出手段）とを備えている。

また、この発明に係る車両用操舵装置は、ハンドル角検出手段６からのハンドル操舵角検出値（ハンドル角θ_H）と伝達特性ｆ（θ_H）とに基づき、副操舵角重畳機構２により付加される目標副操舵角θｓ_REF（または、目標操向角）を生成して、目標副操舵角θｓ_REFと副操舵角検出手段１０からの副操舵角θｓ（検出値）とが一致する（または、目標操向角と操向角検出手段からの操向角検出値とが一致する）ように、電動機２１２の目標駆動量（目標電流Ｉ_REF）を算出する目標駆動量算出手段（目標電流設定手段１１）とを備えている。

さらに、この発明に係る車両用操舵装置は、目標駆動量に応じて電動機２１２を駆動する電動機駆動手段（電流制御手段１２）と、所定条件下で電動機２１２の両端子間を短絡することにより電動機２１２の回転を阻止リレー手段（短絡リレー１３、駆動電源リレー１５）とを備えている。
これにより、電動機駆動手段の状態によらず、電動機２１２の回転を速やかに阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。また、車両用操舵装置への電源が遮断された場合に、短絡リレー１３は、電動機２１２の両端子間を短絡するように無電源で動作することができる。

また、リレー手段（短絡リレー１３、駆動電源リレー１５）は、電動機２１２の両端子間の短絡動作に加えて、電動機２１２への電気的接続動作を切り替えるように構成され、電動機２１２への駆動電流切断と両端子間の短絡とを同時に行ようにしたので、電動機駆動手段の状態によらず、電動機２１２の回転を速やかに阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

また、リレー手段は、リレー手段への電源供給が絶たれた場合には、電動機の両端子間を短絡するように構成されているので、車両用操舵装置の動作中に電源供給が途絶えたとしても、速やかに電動機２１２の回転を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

また、少なくとも電動機駆動手段（電流制御手段１２）の故障を検出する故障検出手段１８（１８Ａ、１８Ｂ）を備え、リレー手段は、故障検出手段により検出された故障の種類に応じて動作が制御されるので、故障検出時に速やかに電動機２１２の回転を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

また、リレー手段は、故障検出手段１８により電動機２１２の自転故障または空転故障が検出された場合には、電動機２１２の駆動を停止させるとともに、電動機２１２の両端子間を短絡させるように動作するので、故障検出時に速やかに電動機２１２の自転故障を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

なお、電動機２１２の自転故障とは、目標駆動量算出手段（目標電流設定手段１１）が、目標副操舵角θｓ_REFと副操舵角θｓ（検出値）とが一致するように目標駆動量（目標電流Ｉ_REF）を算出する場合には、副操舵角検出手段１０の故障のことである。
また、電動機２１２の自転故障とは、目標駆動量算出手段が、目標操向角と操向角検出値とが一致するように目標駆動量を算出する場合には、操向角検出手段の故障、または、電動機駆動手段（電流制御手段１２）の故障により、電動機２１２に対して過大な一回転方向の駆動量が発生する故障のことである。
さらに、電動機２１２の空転故障とは、電動機駆動手段（電流制御手段１２）の故障により、電動機２１２に電流が供給できない故障のことである。

この発明によれば、リレー手段は、故障検出手段１８により上記各種の故障が検出された場合に、電動機２１２の両端子間を短絡させるように動作するので、故障が生じた場合に速やかに電動機２１２の自転故障を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪５ａ、５ｂを転舵させることができる。

また、この発明によれば、車両が直進走行状態であることを検出する直進走行検出手段１９（１９Ａ、１９Ｂ）を備え、リレー手段は、故障検出手段１８により電動機２１２の非自転故障（自転しない故障）が検出された場合に、副操舵角重畳機構２の駆動制御を継続させ、さらに、直進走行検出手段１９により車両が直進走行状態であることが検出された場合には、電動機２１２の駆動を停止させるとともに、電動機２１２の両端子間を短絡させるように動作する。

このように、電動機２１２の非自転故障発生時に、車両が直進走行状態になるまで副操舵角重畳機構２の駆動制御を続行することにより、運転者のハンドル操舵に対する操向車輪５ａ、５ｂの転舵急変が生じることはなく、また、車両が直進走行状態のときには電動機２１２の回転を阻止するので、ハンドル１の中立点と、操向車輪５ａ、５ｂの中立点とを一致させた状態で、ハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

なお、電動機２１２の非自転故障とは、電動機駆動手段（電流制御手段１２）の故障に起因して、電動機２１２に対して駆動方向は正しいものの過大な駆動量（駆動電流Ｉ_M）が発生する故障のことである。
この発明によれば、このような電動機２１２の非自転故障が検出された場合、リレー手段は、電動機２１２の両端子間を短絡させるように動作するので、非自転故障の発生時に、速やかに電動機２１２の回転を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。

また、この発明に係る車両用操舵装置において、故障検出手段は、並列に配設されて互いに独立した複数の故障検出手段１８Ａ、１８Ｂ（図６参照）からなり、複数の故障検出手段１８Ａ、１８Ｂは、それぞれが同一の故障を検出するとともに、個別に接続されたリレー制御手段１７Ａ、１７Ｂと、リレー制御手段１７Ａ、１７Ｂの各々に共通に接続されてリレー手段を駆動するリレー駆動手段（短絡リレー駆動手段１４Ｃ、駆動電源リレー駆動手段１６Ｃ）とを有する。

また、リレー手段は、複数の故障検出手段１８Ａ、１８Ｂの少なくとも１つの故障検出手段の検出結果により、電動機２１２の両端子間の短絡動作が選択された場合には、他の故障検出手段の検出結果にかかわらず、電動機２１２の両端子間の短絡動作を行うので、いずれかの故障検出手段が機能しない場合でも確実に故障検出することができ、故障検出の信頼性を向上させることができる。
さらに、複数の故障検出手段１８Ａ、１８Ｂは、複数のＣＰＵにより個別に構成されているので、故障検出の信頼性が向上するうえ、各ＣＰＵの入力部の故障検出の信頼性を向上させることができる。

Claims (6)

1. 運転者が操作するハンドルと電動機により副操舵角が重畳可能な副操舵角重畳機構とにより操向車輪を操舵する操舵機構を有する車両用操舵装置において、
   車両の走行状態に応じて、前記ハンドルの操舵角と前記操向車輪の操向角との伝達特性を設定する伝達特性設定手段と、
   前記運転者のハンドル操舵角を検出するハンドル角検出手段と、
   前記副操舵角重畳機構により操舵される副操舵角を検出する副操舵角検出手段または、前記操向車輪の操向角検出する操向角検出手段と、
   前記ハンドル角検出手段からのハンドル操舵角検出値と前記伝達特性とに基づき、前記副操舵角重畳機構により付加される目標副操舵角または目標操向角を生成して、前記目標副操舵角と前記副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するか、または、前記目標操向角と前記操向角検出手段からの操向角検出値とが一致するように、前記電動機の目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、
   前記目標駆動量に応じて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、
   所定条件下で前記電動機の両端子間を短絡することにより前記電動機の回転を阻止するリレー手段と、
   少なくとも前記電動機駆動手段の故障を検出する故障検出手段と、
   前記車両が直進走行状態であることを検出する直進走行検出手段とを備え、
   前記リレー手段は、
   前記故障検出手段により検出された故障の種類に応じて、動作が制御され、
   前記故障検出手段により前記電動機の非自転故障が検出された場合に、前記副操舵角重畳機構の駆動制御を継続させ、
   さらに、前記直進走行検出手段により前記車両が直進走行状態であることが検出された場合には、前記電動機の駆動を停止させるとともに、前記電動機の両端子間を短絡させるように動作し、
   前記電動機の非自転故障は、前記電動機駆動手段の故障に起因して、前記電動機に対し駆動方向は正しいものの過大な駆動量が発生する故障であることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記リレー手段は、前記電動機の両端子間の短絡動作に加えて、前記電動機への電気的接続動作を切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記リレー手段は、前記リレー手段への電源供給が絶たれた場合には、前記電動機の両端子間を短絡するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記リレー手段は、前記故障検出手段により前記電動機の自転故障または空転故障が検出された場合には、前記電動機の駆動を停止させるとともに、前記電動機の両端子間を短絡させるように動作し、
   前記電動機の自転故障は、
   前記目標駆動量算出手段が、前記目標副操舵角と前記副操舵角検出値とが一致するように前記目標駆動量を算出する場合には、前記副操舵角検出手段の故障であり、
   前記目標駆動量算出手段が、前記目標操向角と前記操向角検出値とが一致するように前記目標駆動量を算出する場合には、前記操向角検出手段の故障、または、前記電動機駆動手段の故障により前記電動機に対して過大な一回転方向の駆動量が発生する故障であり、
   前記電動機の空転故障は、前記電動機駆動手段の故障により前記電動機に電流が供給できない故障であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
5. 前記故障検出手段は、並列に配設されて互いに独立した複数の故障検出手段からなり、
   前記複数の故障検出手段は、それぞれが同一の故障を検出するとともに、個別に接続されたリレー制御手段と、前記リレー制御手段の各々に共通に接続されて前記リレー手段を駆動するリレー駆動手段とを有し、
   前記リレー手段は、
   前記複数の故障検出手段の少なくとも１つの故障検出手段の検出結果により、前記電動機の両端子間の短絡動作が選択された場合には、他の故障検出手段の検出結果にかかわらず、前記電動機の両端子間の短絡動作を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
6. 前記複数の故障検出手段は、複数のＣＰＵにより個別に構成されたことを特徴とする請求項５に記載の車両用操舵装置。

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