JP3837318B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成の車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置（いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム）が提案されている。
【０００３】
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比（ギヤ比）を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成には、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるという利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。
図２は、ステア・バイ・ワイヤシステムの電気的構成を示すブロック図である。ステアリングホイールの操作方向および操作量等の検出信号は、主制御電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０１に入力される。舵取り機構には、主操舵モータ１０５および副操舵モータ１０６が結合されており、ステアリングホイールには、反力モータ１０７が結合されている。主操舵モータ１０５および副操舵モータ１０６は、いずれも、舵取り機構に駆動力を与えて舵取り車輪の転舵を起こさせるためのものであるが、副操舵モータ１０６は、主操舵モータ１０５やその制御系等に異常が生じた場合に、舵取り機構に駆動力を与えるように動作する。また、反力モータ１０７は、路面反力に対応した反力をステアリングホイールに与える。
【０００４】
主操舵モータ１０５は、主操舵電子制御ユニット１０２によって駆動制御される。具体的には、主操舵電子制御ユニット１０２は、主操舵モータ１０５に駆動電流を与える主操舵駆動部１０８と、この主操舵駆動部１０８を制御する主操舵制御部１１１とを有している。
副操舵モータ１０６は、副操舵電子制御ユニット１０３によって駆動制御される。具体的には、副操舵電子制御ユニット１０３は、副操舵モータ１０６に駆動電流を与える副操舵駆動部１０９と、この副操舵駆動部１０９を制御する副操舵制御部１１２とを有する。
【０００５】
反力モータ１０７も同様に、反力電子制御ユニット１０４によって駆動制御されるようになっている。この反力電子制御ユニット１０４は、反力モータ１０７に駆動電流を与える反力駆動部１１０と、この反力駆動部１１０を制御する反力制御部１１３とを有している。
主操舵駆動部１０８、副操舵駆動部１０９および反力駆動部１１０は、パワー素子を含むドライバ回路であり、主操舵制御部１１１、副操舵制御部１１２および反力制御部１１３は、電流フィードバック制御のための制御指令をそれぞれ出力する。そして、これらの主操舵制御部１１１、副操舵制御部１１２および反力制御部１１３が、主制御電子制御ユニット１０１によって統合制御されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
主操舵電子制御ユニット１０２、副操舵電子制御ユニット１０３および反力電子制御ユニット１０４への電源の供給は、主制御電子制御ユニット１０１によって制御されるようになっている。すなわち、車両のイグニッションキースイッチが導通されると、車載バッテリからの電力が主制御電子制御ユニット１０１に供給され、この主制御電子制御ユニット１０１の作動後に、主操舵電子制御ユニット１０２、副操舵電子制御ユニット１０３および反力電子制御ユニット１０４の電源が投入される。
【０００７】
したがって、もしも、主制御電子制御ユニット１０１に故障が生じていれば、主操舵電子制御ユニット１０２、副操舵電子制御ユニット１０３および反力電子制御ユニット１０４には電力が供給されない。その結果、舵取り機構に駆動力を与えることができず、ステアリングホイールに操舵抵抗を与えることもできないから、操舵システムを始動することができない。
一方、主操舵モータ１０５、副操舵モータ１０６および反力モータ１０７の制御に必要なセンサ信号は、主制御電子制御ユニット１０１に入力されるようになっている。そして、主制御電子制御ユニット１０１の故障時には、その電源が遮断されるとともに、センサ信号は、主操舵電子制御ユニット１０２等に与えられるようになっている。
【０００８】
しかし、故障発生時における主制御電子制御ユニット１０１の電源の遮断は、自らの処理によって行うようになっていて、主操舵電子制御ユニット１０２または副操舵電子制御ユニット１０３からは、主制御電子制御ユニット１０１の電源を遮断できない。そのため、主制御電子制御ユニット１０１が暴走し、その電源が遮断されない場合には、主操舵モータ１０５が意図しない動作を起こすおそれがある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、主制御部に異常が生じていても舵取り機構の制御を開始できる車両用操舵装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、主制御部に故障が生じても舵取り機構の制御を安定して行える車両用操舵装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両の操向のための操作部材（３０）と、この操作部材とは機械的に非連結状態で設けられて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構（１０）と、上記舵取り機構または操作部材に駆動力を与えるアクチュエータ（５１Ｍ，５１Ｓ，４０）と、このアクチュエータに駆動電流を与える駆動回路（５３Ｍ，５３Ｓ，４３）と、この駆動回路に制御指令を与えることによって、上記アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御部（６１Ｍ，６１Ｓ，４５）と、上記アクチュエータ制御部を統括制御するための主制御部（８０）と、車両のイグニッションキースイッチ（９１）の導通に応答して、上記主制御部およびアクチュエータ制御部に独立に電源を供給する電源供給回路（９２）と、上記主制御部への電源の供給を制御する電源制御手段（８１）とを含み、上記アクチュエータ制御部は、上記主制御部における異常発生に応答して、上記電源制御手段を制御して、上記主制御部への電源の供給を遮断するとともに、その直後は、当該異常発生直前の制御指令を上記駆動回路に与えるものであることを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【００１１】
上記の構成によれば、車両のイグニッションキースイッチが導通されると、主制御部だけでなくアクチュエータ制御部にも電源が供給されるから、主制御部に異常が生じている場合であっても、舵取り機構の制御を開始できる。
【００１２】
また、この発明によれば、アクチュエータ制御部は主制御部における異常発生の有無を監視していて、主制御部に異常が生じると、主制御部への電源の供給を停止させるとともに、その直後は、当該異常発生直前の制御指令を上記駆動回路に与える。これによって、主制御部の暴走に起因して、舵取り機構が意図しない動作を起こすおそれがなくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、一対の舵取り車輪（通常は前輪）Ｗ，Ｗに舵取り動作を行わせるための舵取り機構１０と、この舵取り機構１０に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール３０とを備えている。
【００１４】
この車両用操舵装置は、舵取り機構１０を駆動するための操舵駆動系が、主操舵駆動系５０Ｍと副操舵駆動系５０Ｓとの二重系とされている。主操舵駆動系５０Ｍは、主操舵アクチュエータ５１Ｍと、この主操舵アクチュエータ５１Ｍの回転角を検出するための主回転角センサ５２Ｍとを含む。一方、副操舵駆動系５０Ｓは、副操舵アクチュエータ５１Ｓと、この副操舵アクチュエータ５１Ｓの回転角を検出するための副回転角センサ５２Ｓとを含む。主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓは、たとえば、いずれも電動モータで構成されている。
【００１５】
舵取り機構１０は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸１１と、この操舵軸１１の両端部にタイロッド１２，１２を介して結合され、舵取り車輪Ｗ，Ｗを支持するナックルアーム１３，１３とを有している。操舵軸１１は、ハウジング１４に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部に、主操舵アクチュエータ５１Ｍが同軸的に組み込まれている。
また、操舵軸１１の一部には、ラックギヤ１１ａが形成されており、このラックギヤ１１ａには、シャフト２１の先端のピニオンギヤ２２が噛合している。シャフト２１には、副操舵アクチュエータ５１Ｓが結合されており、副操舵アクチュエータ５１Ｓが発生する駆動力がシャフト２１に入力されるようになっている。
【００１６】
この構成により、主操舵アクチュエータ５１Ｍが駆動されると、主操舵アクチュエータ５１Ｍの回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により舵取り車輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。また、副操舵アクチュエータ５１Ｓが駆動されると、副操舵アクチュエータ５１Ｓによるシャフト２１の回転がピニオンギヤ２２およびラックギヤ１１ａによって操舵軸１１の摺動に変換され、この操舵軸１１の摺動により舵取り車輪Ｗ，Ｗの操舵が達成される。
【００１７】
ステアリングホイール３０には、このステアリングホイール３０に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ４０が結合されている。
反力アクチュエータ４０は、ステアリングホイール３０に結合されたシャフト２３を回転軸とする電動モータ（たとえば、三相ブラシレスモータ）で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ４０には、ステアリングホイール３０から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ４１と、ステアリングホイール３０の操作角を検出するための操作角センサ４２とが付設されている。
【００１８】
反力アクチュエータ４０、主操舵アクチュエータ５１Ｍおよび副操舵アクチュエータ５１Ｓには、駆動回路４３，５３Ｍ，５３Ｓから、駆動電流が供給されるようになっている。
トルクセンサ４１、操作角センサ４２、主回転角センサ５２Ｍ、副回転角センサ５２Ｓの検出信号は、主制御電子制御ユニット６０に入力されている。また、操舵軸１１に関連して、この操舵軸１１の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ１５が設けられており、この転舵位置センサ１５の検出信号も主制御電子制御ユニット６０に入力されるようになっている。主制御電子制御ユニット６０には、さらに、車速を検出するための車速センサ７０の検出信号が入力されるようになっている。この車速センサ７０は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【００１９】
この車両用操舵装置には、主制御電子制御ユニット６０の他に、主操舵アクチュエータ５１Ｍを制御するための主操舵電子制御ユニットＵ１と、副操舵アクチュエータ５１Ｓを制御するための副操舵電子制御ユニットＵ２と、反力アクチュエータ４０を制御するための反力電子制御ユニットＵ３とが備えられている。これらの電子制御ユニット６０，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３のそれぞれには、車載バッテリ９０からの電力が、イグニッションキースイッチ９１および電源配線回路９２を介して、独立に供給されるようになっている。
【００２０】
主操舵電子制御ユニットＵ１は、主操舵アクチュエータ５１Ｍのための駆動回路（主操舵駆動回路）５３Ｍと、この主操舵駆動回路５３Ｍに制御信号を与えて主操舵アクチュエータ５１Ｍを電流フィードバック制御するための主操舵制御部６１Ｍとを備えている。主操舵制御部６１Ｍは、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む。
副操舵電子制御ユニットＵ２は、副操舵アクチュエータ５１Ｓのための駆動回路（副操舵駆動回路）５３Ｓと、この副操舵駆動回路５３Ｓに制御信号を与えて副操舵アクチュエータ５１Ｓを電流フィードバック制御するための副操舵制御部６１Ｓとを有している。副操舵制御部６１Ｓは、ＣＰＵを含む。
【００２１】
反力電子制御ユニットＵ３は、反力アクチュエータ４０のための駆動回路（反力駆動回路）４３と、この反力駆動回路４３に制御信号を与えて反力アクチュエータ４０を電流フィードバック制御するための反力制御部４５とを備えている。反力制御部４５は、ＣＰＵを含む。
主制御電子制御ユニット６０は、ＣＰＵを含む主制御部８０と、この主制御部８０への電源の供給を制御するための電源制御回路８１とを備えている。主制御部８０は、上記センサ類４１，４２，５２Ｍ，５２Ｓ，１５，７０からの入力信号に基づいて、主操舵制御部６１Ｍ、副操舵制御部６１Ｓおよび反力制御部４５における各電流フィードバック制御に必要な処理を行い、これらを統括制御する。電源制御回路８１には、電源配線回路９２からの電力が供給されていて、この電源制御回路８１から主制御部８０へと動作電力が供給されるようになっている。
【００２２】
主制御部８０における異常の発生は、主操舵制御部６１Ｍ、副操舵制御部６１Ｓおよび反力制御部４５によって監視されるようになっている。そして、主操舵制御部６１Ｍは、主制御部８０における異常の発生を検出すると、電源制御回路８１を制御して、主制御部８０への電源の供給を遮断する。その直後は、主操舵制御部６１Ｍは、異常発生直前の制御指令を主操舵駆動回路５３Ｍに与えるなどして、主操舵アクチュエータ５１Ｍの駆動制御を継続する。反力制御部４５も同様に動作させればよい。なお、主制御部８０の異常発生時には、その電源が遮断されるとともに、この主制御部８０に入力されるセンサ信号は、主操舵電子制御ユニットＵ１等に与えられるようになっている。
【００２３】
主操舵制御部６１Ｍ、主操舵駆動回路５３Ｍおよび主操舵アクチュエータ５１Ｍを含む主操舵駆動系５０Ｍに異常が生じたときには、このことが主制御部８０によって検出され、この主制御部８０による制御の下、副操舵制御部６１Ｓによる副操舵アクチュエータ５１Ｓの駆動制御が行われることになる。
以上のようにこの実施形態によれば、車載バッテリ９０からの電力は、イグニッションキースイッチ９１が導通されることによって、主制御電子制御ユニット６０、主操舵電子制御ユニットＵ１、副操舵電子制御ユニットＵ２および反力電子制御ユニットＵ３に独立に供給される。したがって、主制御電子制御ユニット６０内の主制御部８０に異常が生じていたとしても、他の電子制御ユニットＵ１，Ｕ２，Ｕ３によって、アクチュエータ５１Ｍ，５１Ｓ，４０の駆動制御を開始することができ、システムを始動させることができる。
【００２４】
また、主制御部８０における異常の有無が主操舵制御部６１Ｍ、副操舵制御部６１Ｓおよび反力制御部４５によって監視されていて、主制御部８０に異常が発生すると、主制御部８０への電源供給が停止されるようになっているから、舵取り機構１０が主制御部８０の暴走等に起因する意図しない挙動を示すことがない。これにより、舵取り機構１０の駆動制御を安定に行うことができる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、上述の実施形態では、主制御部８０の電源制御回路８１の制御を主操舵制御部６１Ｍによって行うこととしているが、同様の機能を副操舵制御部６１Ｓまたは反力制御部４５によって行うこととしてもよい。また、主制御部８０における異常発生の有無の監視および電源制御回路８１の制御を、主操舵制御部６１Ｍ、副操舵制御部６１Ｓおよび反力制御部４５のうちの２つまたは３つによって並列的に行うようにしてもよい。
【００２５】
また、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール３０が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図２】従来技術に係る車両用操舵装置の構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１０ 舵取り機構
３０ ステアリングホイール
４０ 反力アクチュエータ
４３ 反力駆動回路
４５ 反力制御部
５０Ｍ 主操舵駆動系
５０Ｓ 副操舵駆動系
５１Ｍ 主操舵アクチュエータ
５１Ｓ 副操舵アクチュエータ
５３Ｍ 主操舵駆動回路
５３Ｓ 副操舵駆動回路
６０ 主制御電子制御ユニット
６１Ｍ 主操舵制御部
６１Ｓ 副操舵制御部
８０ 主制御部
８１ 電源制御回路
９０ 車載バッテリ
９１ イグニッションキースイッチ
９２ 電源配線回路
Ｕ１ 主操舵電子制御ユニット
Ｕ２ 副操舵電子制御ユニット
Ｕ３ 反力電子制御ユニット
Ｗ 舵取り車輪

Claims (1)

1. 車両の操向のための操作部材と、
   この操作部材とは機械的に非連結状態で設けられて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構と、
   上記舵取り機構または操作部材に駆動力を与えるアクチュエータと、
   このアクチュエータに駆動電流を与える駆動回路と、
   この駆動回路に制御指令を与えることによって、上記アクチュエータを制御するためのアクチュエータ制御部と、
   上記アクチュエータ制御部を統括制御するための主制御部と、
   車両のイグニッションキースイッチの導通に応答して、上記主制御部およびアクチュエータ制御部に独立に電源を供給する電源供給回路と、
   上記主制御部への電源の供給を制御する電源制御手段とを含み、
   上記アクチュエータ制御部は、上記主制御部における異常発生に応答して、上記電源制御手段を制御して、上記主制御部への電源の供給を遮断するとともに、その直後は、当該異常発生直前の制御指令を上記駆動回路に与えるものである
   ことを特徴とする車両用操舵装置。

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