JPH11334559A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】確実なフェールセーフ機能を有し、しかも軽量
化およびコストダウンを達成できる車両用操舵装置を提
供する。 【解決手段】操舵角指令値が入力されるステアリングホ
イール１２と操舵輪７を操舵する操舵機構６ａ，６ｂと
が機械的に分離され、ステアリングホイールに入力され
た操舵角指令値を検出する操舵指令検出手段１２ｂと、
操舵指令検出手段により検出された操舵角指令値に基づ
いて前記操舵機構を駆動するステアリングアクチュエー
タ６とを備えた車両用操舵装置であり、各車輪７，８の
制動力を任意の値に制御する制動制御手段５，１４と、
ステアリングアクチュエータの異常時において、車両を
旋回させるように制動制御手段への指令値を制御する走
行制御手段９とをさらに備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用電動式操舵
装置に関し、特にフェールセーフ機構として制動系と駆
動系とを制御可能な機構を有する車両用操舵装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両の操舵系を電動化したものとして、
たとえば特開平７−１２５６４３号公報に開示された、
いわゆるステアリングバイワイヤ式操舵装置が知られて
いる。この種のステアリングバイワイヤ式操舵装置で
は、ステアリングホイールと車輪とが機械的に分離さ
れ、ステアリングホイールには操舵角の指令値を検出す
るセンサが設けられ、操舵用ギヤボックスのピニオンに
は実舵角を発生させるためのアクチュエータが設けられ
ている。そして、ステアリングホイールからの操舵角指
令に応じて実舵角目標値が決定され、この目標値によっ
てアクチュエータが制御される。

【０００３】また、バイラテラルサーボと呼ばれる構成
が採用され、アクチュエータに作用する負荷度合でステ
アリングホイールに操舵反力を発生させる操舵反力モー
タを備えることで、パワーステアリングの操作フィーリ
ングで課題とされているいわゆる反力感も演出すること
ができる。

【０００４】こうした電動式操舵装置によれば、運転者
の操舵指令値に修正を加えることで運転者の意志を阻害
することなく熟練者と同様のステアリング操作を実現す
ることができ、さらにステアリングホイールとピニオン
との間のコラムシャフトが不要となるので大幅な軽量化
が可能であるとともに、ステアリングホイールに依らな
い操舵系も可能となるので身体障害者用車両なども最小
限のコストアップで実現することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したス
テアリングバイワイヤ式操舵装置では、ステアリングホ
イールと操舵用ギヤボックスのラックとが機械的に連結
されていないので、アクチュエータ等が故障しても確実
にステアリング操作が続行できるよう、何らかのフェー
ルセーフ機構を設ける必要がある。上述した公報記載の
ものでは、モータ故障時の操舵用として油圧ポンプおよ
び油圧弁が設けられ、ここで発生する油圧によってラッ
クを変位させるといったフェールセーフ機構が採用され
ている。

【０００６】しかしながら、こうした従来のものでは、
操舵装置全体の構成として、従来の油圧式パワーステア
リングに、さらにモータなどが付加された規模の大きな
ものとなり、システムの重量軽減やコスト低減などのメ
リットが充分生かされていないという問題があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、確実なフェールセーフ機能
を有し、しかも軽量化およびコストダウンを達成できる
車両用操舵装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の車両用操舵装置は、操舵角指令値が
入力されるステアリングホイールと操舵輪を操舵する操
舵機構とが機械的に分離され、前記ステアリングホイー
ルに入力された操舵角指令値を検出する操舵指令検出手
段と、前記操舵指令検出手段により検出された操舵角指
令値に基づいて前記操舵機構を駆動するステアリングア
クチュエータとを備えた車両用操舵装置において、各車
輪の制動力を任意の値に制御する制動制御手段と、前記
ステアリングアクチュエータの異常時において、車両を
旋回させるように前記制動制御手段への指令値を制御す
る走行制御手段と、をさらに備えたことを特徴とする。

【０００９】この請求項１記載の車両用操舵装置では、
ステアリングアクチュエータの異常が検出された場合に
は、当該ステアリングアクチュエータの動作は停止し
て、制動制御手段からの指令値を制御することで車両を
旋回させる。これがステアリングアクチュエータ故障時
のフェールセーフ機能を司ることになるので、機械的な
バックアップ機構、たとえばステアリングホイールとラ
ックアンドピニオンとを機械的に連結するコラムやバッ
クアップ用の油圧機構などを設ける必要がなく、故障時
の信頼性を高めると同時に、車両の軽量化およびコスト
ダウンをも達成することができる。

【００１０】上記請求項１記載の車両用操舵装置では、
各車輪の制動力を制御することで車両を旋回させる構成
としたが、請求項２記載の車両用操舵装置は、車両の駆
動力を任意の値に制御する駆動制御手段をさらに備え、
前記走行制御手段は、前記ステアリングアクチュエータ
の異常時において、車両を旋回させるように、前記制動
制御手段への指令値および前記駆動制御手段への指令値
を制御することを特徴とする。このように制動力に加え
て駆動力をも制御することで、車両がより旋回しやすく
なる。

【００１１】上記発明において、車両を旋回させるため
の具体的手法は特に限定されないが、請求項３記載の車
両用操舵装置は、前記走行制御手段は、前記操舵指令検
出手段により検出された操舵角指令値と車速とから求め
られる車両のヨーレイトを目標値として、左右車輪に制
駆動力を付与することを特徴とする。かかるヨーレイト
を達成することが実際の操舵に最も近づくからである。

【００１２】請求項４記載の車両用操舵装置は、前記走
行制御手段は、前記左右車輪の制駆動力の平均値が、前
記操舵指令検出手段からの操舵角指令値がゼロの場合の
制駆動力に一致するように前記制動制御手段および／ま
たは前記駆動制御手段への指令値を制御することを特徴
とする。こうすることで、操舵したことによる車両の加
減速がなくなり、運転者に違和感を与えることが防止さ
れる。

【００１３】請求項５記載の車両用操舵装置は、前記走
行制御手段は、前記制動制御手段および／または前記駆
動制御手段からの指令値を制御しても前記目標とするヨ
ーレイトが達成できないと判断したときは、車両の左右
後輪の制動力を増加させることを特徴とする。左右後輪
の制動力を増加させると車両全体の制駆動力は制動側へ
スライドし、後輪の横方向の滑り角の増加と車速の低下
とによって、車両がより旋回する方向になるからであ
る。

【００１４】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、ステア
リングアクチュエータの異常が検出された場合には、制
動制御手段への指令値を制御することで車両を旋回さ
せ、これをステアリングアクチュエータ故障時のフェー
ルセーフ機能としているので、機械的なバックアップ機
構、たとえばステアリングホイールとラックアンドピニ
オンとを機械的に連結するコラムやバックアップ用の油
圧機構などを設ける必要がなく、故障時の信頼性を高め
ると同時に、車両の軽量化およびコストダウンをも達成
することができる。

【００１５】このことに加えて、請求項２記載の発明に
よれば、制動力に加えて駆動力をも制御することで、車
両がより旋回しやすくなる。

【００１６】また請求項３記載の発明によれば、操舵指
令検出手段により検出された操舵角指令値と車速とから
求められる車両のヨーレイトを目標値として左右車輪に
制駆動力を付与するので、実際の操舵に最も近い状態で
車両を旋回させることができ、運転者に与える違和感を
除去することができる。

【００１７】請求項４記載の発明によれば、操舵したこ
とによる車両の加減速がなくなり、運転者に違和感を与
えることが防止される。

【００１８】請求項５記載の発明によれば、左右後輪の
制動力を増加させると車両全体の制駆動力は制動側へス
ライドするので、後輪の横方向の滑り角の増加と車速の
低下とによって、車両をより旋回する方向に作用させる
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は本発明の車両用操舵装置の実
施形態を示す車両の平面図であり、エンジン１はガソリ
ンあるいは軽油などの燃料を燃やして車両の走行力を得
る。このエンジン１には、電動スロットル１ａが設けら
れ、アクセルペダル１０によって与えられる運転者の加
速要求に応じてスロットルバルブ１ｂが開閉すること
で、エンジン１へ供給される空気量が調節される。な
お、電動スロットル１ａに代えてワイヤ式のメカニカル
スロットルも採用できるが、本発明の制御をより緻密な
ものとするために本例では電動スロットル１ａとされて
いる。

【００２０】エンジン１にはギヤなどの変速機構を有す
るトランスミッション２が連結されており、本発明には
マニュアル式、オートマチック式の何れも採用すること
ができ、また変速機構は一般的な遊星歯車式の他にもベ
ルト式のＣＶＴなども用いることができる。本例では、
電動スロットル１ａの場合と同様に、本発明の制御をよ
り緻密なものとするためにオートマチック式トランスミ
ッションが採用されている。

【００２１】トランスミッション２に連結されたディフ
ァレンシャルギヤ３は、トランスミッション２で変速さ
れたエンジン駆動力を左右の前輪７にドライブシャフト
４ａ，４ｂを介して分配するものである。

【００２２】前輪７および後輪８の四輪のそれぞれに
は、ブレーキアクチュエータ５が設けられており、ブレ
ーキペダル１１の踏み加減に応じて各車輪７，８を制動
する。このブレーキアクチュエータ５としては、液圧を
制御する方式のものや液圧を使わずに各車輪のパッドを
ブレーキディスクに押し付ける力を制御する方式のもの
等々を用いることができ、本発明では、要するに四輪の
制動力が任意に制御できるものであれば良い。

【００２３】ステアリングアクチュエータ６は、ステア
リングホイール１２の操作量（実際には操舵角センサ１
２ｂで操舵角が検出される。）に応じてラック６ａを図
の上下に移動させるもので、このラック６ａを移動させ
る具体的機構としては、ボールネジ軸をラック６ａとし
て電動モータでボールネジナットを回す機構、ラックア
ンドピニオンのピニオンに電動モータを取り付けた機
構、電動ポンプで発生させた油圧をラックに設けられた
ピストンシリンダ構造に電子油圧弁で制御して与える機
構などが考えられる。

【００２４】何れにしても電気的に与えられた指令を受
けてラック６ａを所定位置まで変位させる動作を行うも
のであればよい。ただし、本発明では、非制御状態にお
いて自由にラック６ａが移動できる構造が望ましく、こ
うすることで非制御状態で外乱のない場合にはホイール
アライメントによる復元力でタイヤが直進するような向
きを維持することができる。この意味で、ステアリング
のもう一つの代表的な形式であるリサーキュレーティン
グボール式は好ましくない。

【００２５】ラック６ａの先端は、タイロッド６ｂを介
して前輪７のアクスル７ａに接続されており、タイロッ
ド６ｂで押されることにより前輪７の向きが変動する。
また、ステアリングホイール１２には、反力モータ１２
ａが設けられており、ステアリングアクチュエータ６の
負荷状態をステアリングホイール１２に戻す機能を司
る。これにより、機械的に連結されたステアリングと同
様に、ステアリング操作に適度な重さが与えられること
になり、走行時にハンドルを切り過ぎたり、接輪時にハ
ンドルを無理に切って破損させるといった不具合が防止
できる。

【００２６】また、本実施形態の車両用操舵装置には、
走行制御コントローラ９が設けられており、アクセルペ
ダル１０、ブレーキペダル１１、ステアリングホイール
１２の操作情報および車両の走行情報を収集し、各アク
チュエータの動作指令値を決定する。

【００２７】ここで決定された動作指令は、エンジンコ
ントローラ１３、ブレーキコントローラ１４、ステアリ
ングコントローラ１５のそれぞれに送出され、各コント
ローラ１３，１４，１５が、それぞれの配下のアクチュ
エータを制御する。

【００２８】エンジンコントローラ１３の配下には、エ
ンジン本体の燃料噴射弁、点火プラグなどの他に電動ス
ロットル１ａやトランスミッション２などがあり、それ
ぞれが指令値通りに制御される。また、ブレーキコント
ローラ１４の配下には、四輪それぞれのブレーキアクチ
ュエータ５があり指令値として与えられる制動力を発生
させるように制御される。ステアリングコントローラ１
５の配下には、ステアリングアクチュエータ６と反力モ
ータ１２ａとがあり、指令値通りの操舵角と操舵中のア
クチュエータ負荷に応じた反力トルクを発生させるよう
に制御される。

【００２９】次に制御動作を説明する。図２および図３
は本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御フロー
チャートであり、図２が正常運転時の制御フロー、図３
が異常運転時の制御フローである。

【００３０】ステップ１００では運転者が操作するアク
セルペダル１０、ブレーキペダル１１、およびステアリ
ングホイール１２の操作状況をそれぞれのセンサから取
り込むとともに、次のステップ１０１で、車速、エンジ
ン回転数などの車両の走行状態をセンサから取り込む。
さらに次のステップ１０２で、各コントローラ１３，１
４，１５の制御状態を取り込む。

【００３１】こうしてステップ１００〜１０２で取り込
まれた操作状態、走行状態および制御状態の三つの情報
を用いてアクチュエータ系の故障の有無をステップ１０
３で判断する。

【００３２】ここで故障がない場合にはステップ１０４
へ進み、アクセルペダル１０の操作状況とエンジン回転
数および車速などからエンジン１とトランスミッション
２の制御指令を演算する。次のステップ１０５では、ブ
レーキペダル１１の操作状況からブレーキアクチュエー
タ５の制御指令を演算する。次のステップ１０６では、
ステアリングホイール１２の操作状況からステアリング
アクチュエータ６の制御指令および反力モータ１２ａの
駆動指令を演算する。ステップ１０７では、こうして演
算された制御指令を各アクチュエータのコントローラ１
３，１４，１５に送出し、各アクチュエータ１３，１
４，１５がそれぞれ配下のアクチュエータを制御する。

【００３３】ちなみに、以上のステップ１０４〜１０６
では、各々別々に制御指令を演算したが、たとえば車両
の走行安定性を高めたり、車速に拘わらずステアリング
の効きを同じに保つといった高度な制御を実行する場合
には、各々が互いに関係をもって制御指令を決定しても
良い。

【００３４】次にステップ１０３で故障と判断された場
合の制御フローを図３を参照しながら説明する。まずス
テップ１１０でステアリングアクチュエータ６の故障が
どうかを判断し、ステアリングアクチュエータ６以外の
故障である場合にはそれに応じた処理を実行する。

【００３５】ステアリングアクチュエータ６の故障であ
るかどうかは、たとえばステアリングホイール１２の切
り角より算出された車輪の切り角目標値と、車輪７（ま
たはラック、タイロッド）に設けられたセンサからの切
り角の実測値とを比較し、所定値以上の差が存在する場
合には、ステアリングアクチュエータ６の故障を判断す
る。

【００３６】ステアリングアクチュエータ６が故障して
いると判断された場合には、ステップ１１１にてステア
リングホイール１２から与えられた操舵指令値と車速と
から目標とする車両のヨーレイトを計算する。

【００３７】次に、ステップ１１２では、このヨーレイ
ト目標値を実現するための左右の車輪７，８の制駆動力
の差を計算する。このとき、実際に発生しているヨーレ
イトの値を考慮した補正も実行する。また、ステップ１
１３では、アクセルペダル１０とブレーキペダル１１と
の踏み具合から、車両として必要な制駆動力を計算す
る。左右の車輪７，８の制駆動力の平均値をこの値に合
わせれば、車両がステアリングを切ったことで加減速す
ることがなくなる。

【００３８】したがって、ステップ１１４では、ステッ
プ１１２で求められた左右車輪７，８の制駆動力の半分
の値を、ステップ１１３で求められた平均制駆動力から
差し引きし、より制動側になる値を旋回内輪、より駆動
側になる値を旋回外輪の目標値として与える。また、前
後輪の配分は、通常の前後輪の配分と同様に行う。

【００３９】次にステップ１１５では、ステップ１１４
で与えられた制駆動力が達成可能かどうかを判断する。
この達成の可否は、前回の制御周期において発生させた
制駆動力とその結果生じたヨーレイトなどの車両挙動と
の差、あるいは平均車速と各車輪速との相違から車輪の
スリップを求めるなどの手法で判断する。この判断の結
果、ステップ１１４で与えられた制駆動力が達成可能で
ある場合にはその値がそのまま使用されるが、達成不可
能であると判断された場合には、ステップ１１６へ進ん
で２つの後輪８，８の制動力をともに増加させ、後輪の
横方向のグリップ力を下げるようにして制駆動力を修正
する。これにより、車両全体の平均制駆動力は制動側へ
スライドするため、後輪８，８の横方向の滑り角の増加
と車速の低下とによって、車両がより旋回する方向にな
る。

【００４０】以上の手順で計算された各車輪７，８の目
標制駆動力を達成するように、ステップ１１７ではスロ
ットル開度など、主に駆動力を達成するための制御指令
値を計算し、ステップ１１８では制動力の目標値を達成
するための制御指令値を計算し、ステップ１１９にて各
コントローラ１３，１４，１５へ送出する。

【００４１】各コントローラ１３，１４，１５は、その
配下の各アクチュエータを目標通りに制御するととも
に、故障しているステアリングアクチュエータ６はステ
アリングコントローラ１５によって非作動状態に維持さ
れる。これにより、左右車輪７，８の制駆動力差によっ
て車両自体が曲がろうとすると同時に、ラックもフリー
な状態であるため、車輪７の向きも制駆動力の差にした
がって切れることになる。これらの作用効果により、車
両はステアリングを切ったのと同じように旋回すること
になる。

【００４２】なお、電動スロットル１ａを有さない車両
の場合には、駆動力を増加させる制御はできないので、
車両としての平均駆動力が低下する場合もある。これは
運転者に違和感を与えることとなるが、車速の低下によ
って車両はより旋回する方向になるので操舵操作に関し
ては何ら問題は生じない。

【００４３】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す車両
の平面図である。

【図２】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御
フローチャート（正常時）である。

【図３】本発明の車両用操舵装置の実施形態を示す制御
フローチャート（異常時）である。

【符号の説明】

１…エンジン １ａ…電動スロットル １ｂ…スロットルバルブ ２…トランスミッション ３…ディファレンシャルギヤ ４ａ，４ｂ…ドライブシャフト ５…ブレーキアクチュエータ ６…ステアリングアクチュエータ ６ａ…ラック ６ｂ…タイロッド ７…前輪（操舵輪） ７ａ…アクスル ８…後輪 ９…走行制御コントローラ（走行制御手段） １０…アクセルペダル １１…ブレーキペダル １２…ステアリングホイール １２ａ…反力モータ １２ｂ…操舵角センサ（操舵指令検出手段） １３…エンジンコントローラ（駆動制御手段） １４…ブレーキコントローラ（制動制御手段） １５…ステアリングコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 (72)発明者 下井田 良雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操舵角指令値が入力されるステアリングホ
   イールと操舵輪を操舵する操舵機構とが機械的に分離さ
   れ、前記ステアリングホイールに入力された操舵角指令
   値を検出する操舵指令検出手段と、前記操舵指令検出手
   段により検出された操舵角指令値に基づいて前記操舵機
   構を駆動するステアリングアクチュエータとを備えた車
   両用操舵装置において、 各車輪の制動力を任意の値に制御する制動制御手段と、 前記ステアリングアクチュエータの異常時において、車
   両を旋回させるように前記制動制御手段への指令値を制
   御する走行制御手段と、をさらに備えたことを特徴とす
   る車両用操舵装置。
2. 【請求項２】車両の駆動力を任意の値に制御する駆動制
   御手段をさらに備え、前記走行制御手段は、前記ステア
   リングアクチュエータの異常時において、車両を旋回さ
   せるように、前記制動制御手段への指令値および前記駆
   動制御手段への指令値を制御することを特徴とする請求
   項１記載の車両用操舵装置。
3. 【請求項３】前記走行制御手段は、前記操舵指令検出手
   段により検出された操舵角指令値と車速から求められる
   車両のヨーレイトとを目標値として、左右車輪に制駆動
   力を付与することを特徴とする請求項１または２記載の
   車両用操舵装置。
4. 【請求項４】前記走行制御手段は、前記左右車輪の制駆
   動力の平均値が、前記操舵指令検出手段からの操舵角指
   令値がゼロの場合の制駆動力に一致するように前記制動
   制御手段および／または前記駆動制御手段への指令値を
   制御することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載
   の車両用操舵装置。
5. 【請求項５】前記走行制御手段は、前記制動制御手段お
   よび／または前記駆動制御手段からの指令値を制御して
   も前記目標とするヨーレイトが達成できないと判断した
   ときは、車両の左右後輪の制動力を増加させることを特
   徴とする請求項３または４記載の車両用操舵装置。