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JP7017130B2 - ステアリングシステム - Google Patents

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Description

本発明は、車両に搭載されるステアバイワイヤ式のステアリングシステムに関する。
昨今、運転者の操作力に依らずに車輪を転舵するステアリングシステム、すなわち、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムの検討が、盛んにおこなわれている。下記特許文献に記載されているステアリングシステムは、ステアバイワイヤ式のステアリングシステムの一例であり、そのステアリングシステムでは、電気的失陥の発生に考慮し、転舵装置を2系統のものとし、さらに、ケーブルによって運転者の操作力を転舵装置に伝達するための機械式バックアップ機構が設けられている。
特開2009-262609号広報
電気的失陥に対するフェールセーフに配慮した実用的なステアバイワイヤ式のステアリングシステムを構築するためには、当該システムの更なる冗長化を図ることが望ましく、更なる冗長化をすれば、当該システムを構成する制御装置間の通信に対して相当の工夫を凝らす必要がある。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高いステアバイワイヤ式のステアリングシステムを提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のステアバイワイヤ式のステアリングシステムは、
反力付与装置を2系統とすることで、操作情報を取得する系統である操作情報取得系統を2系統とし、転舵装置を2系統とすることで、転舵系統も2系統とし、さらに、反力付与装置とは別に、操作情報取得装置を補助的な操作情報取得系統として設けるとともに、車両の向きを変更するための補助転舵装置を、補助的な転舵系統として設け、反力付与装置の2系統に対応した2つの制御装置の一方と、転舵装置の2系統に対応した2つの制御装置の一方を、1つの専用通信線で、他方と他方とを、別の1つの専用通信線で接続し、操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、転舵装置の2つの制御装置および補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される通信バスを設けたことを特徴とする。
本発明のステアリングシステムによれば、操作情報取得系統も、転舵系統も、ともに3系統とされている。つまり、操作情報取得系統,転舵系統のいずれもが3つの冗長系とされている。そして、上述のような専用通信線,通信バスの構成を採用することで、操作情報取得系統も、転舵系統を合わせた6つの系統のうちの2つの系統に電気的失陥が生じた場合でも、少なくとも1つの操作情報取得系統において取得された操作情報に基づいて、少なくとも1つの転舵系統によって、車両の向きを変更することが可能となる。したがって、本発明によれば、フェールセーフの観点において優れた実用的なステアリングシステムを構築することができるのである。
発明の態様
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明(以下、「請求可能発明」という場合がある)の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載,実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
(1)運転者によって操作される操作部材と、
2系統に対応して2つの反力制御装置を有し、各系統において、前記操作部材の操作程度に関する情報である操作情報を取得するとともに、その操作情報に基づいて前記操作部材に操作反力を付与する2系統の反力付与装置と、
2系統に対応して2つの転舵制御装置を有し、各系統において、前記操作情報に基づいて車輪を転舵する2系統の転舵装置と、
前記反力付与装置とは別に、前記操作情報を取得する操作情報取得装置と
前記転舵装置とは別に、車両の向きを変更可能な補助転舵装置と、
1つが、前記2つの反力制御装置の一方と前記2つの転舵制御装置の一方とを互いに送受信可能に接続し、他の1つが、前記2つの反力制御装置の他方と前記2つの転舵制御装置の他方とを互いに送受信可能に接続する2本の専用通信線と、
前記操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、前記2つの転舵制御装置および前記補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される第1通信バスと
を備えたステアバイワイヤ式のステアリングシステム。
本態様は、請求可能発明の基本的態様である。本態様において、2系統の反力付与装置のいずれの系統も、また、操作情報取得装置も、操作情報の取得をするための系統、すなわち、操作情報取得系統をを構成すると考えることができ、本態様のステアリングシステムは、3つの操作情報取得系統を有する。同様に、2系統の転舵装置のいずれの系統も,補助転舵装置も、車輪を転舵する若しくは車両の向きを変更するための系統、すなわち、転舵系統を構成すると考えることができ、本態様のステアリングシステムは、3つの転舵系統を有する。そして、本態様のステアリングシステムでは、反力付与装置の2系統の1つの制御装置と転舵装置の2系統の1つの制御装置とを、1つの専用通信線で、反力付与装置の2系統のもう1つの制御装置と転舵装置の2系統のもう1つの制御装置とをもう1つの専用通信線で繋ぎ、通信バスによって、補助的な操作情報取得系統として機能する操作情報取得装置からの操作情報を、転舵装置の2系統の各々の制御装置,補助的な転舵系統として機能する補助転舵装置に伝達可能とされている。したがって、本ステアリングシステムでは、現実的には考えにくいが、3つの操作情報取得系統,3つの転舵系統のうちの2つが電気的に失陥したとしても、少なくとも1つの操作情報取得系統からの操作情報によって、少なくとも1つの転舵系統において転舵(車輪の向きを変えることと、車両の向きを変えることとの両方を含む概念である)を行うことが担保されている。
本態様における「操作部材」は、一般的なステアリングホイールを始め、ジョイスティック等も含まれる。「操作情報」は、「操作部材の操作程度に関する情報」であり、「操作程度」は、操作部材の操作量(例えば、中立位置からの操作角度等である)が一般的であるが、転舵が依拠するための物理量であれば特に限定されず、操作程度には、例えば、操作部材に加えられている運転者の操作力,操作部材の操作速度等も含まれる。
本態様における「操作情報取得装置」は、反力付与装置が有する操作程度取得手段の代替手段であると考えることができる。操作情報取得装置は、反力付与装置を3系統とした場合における上記2系統とは別の1系統によって構成されるものであってもよいが、反力付与装置における電気的失陥の影響を受け難いという理由から、反力付与装置とは別の装置であることが望ましい。詳しく言えば、反力付与装置が有する操作程度取得手段は、例えば、反力付与装置が反力源として電動モータを用いる場合において、反力制御装置を、その電動モータのモータ回転角に基づいて操作情報を取得するように構成することで実現させればよく、その一方で、操作情報取得装置は、操作部材の操作程度を直に取得するように構成すればよい。
同様に、本態様における「補助転舵装置」は、転舵装置を3系統として場合における上記2系統とは別の1系統によって構成されるものであってもよいが、転舵装置が全く機能しなくなった場合においても、車両の向きを変更することのできる装置であることが望ましい。逆にいえば、転舵装置が全く機能しなくなったときにのみ、車両の向きを変更する機能を発揮する装置であってもよい。後に説明するが、車両に備わるブレーキシステムも、左右の車輪に異なる大きさの制動力を付与することで車両の向きを変更できることから、補助転舵装置となり得るのである。
(2)前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものが、前記第1通信バスに、送信不能に接続された( 1)項に記載のステアリングシステム。
反力制御装置,転舵制御装置は、一般的に、コンピュータと作動機器(駆動源,アクチュエータ等である)の駆動回路とを含んで構成されており、そのコンピュータにおいて通信を行う。操作情報取得装置,補助転舵装置も制御装置を有しており、その制御装置もコンピュータを有し、そのコンピュータにおいて通信を行うと考えることができる。制御装置の失陥には、コンピュータの失陥が含まれ、コンピュータが失陥する場合、後に詳しく説明するように、無秩序送信現象を伴うことが予測される。この無秩序送信現象は、意味不明な情報を大量に垂れ流す現象である。無秩序送信現象を伴う失陥の場合、コンピュータが、通信バスに、情報を流出可能に接続されているときには、その通信バスが、大量に流入してくる情報によって、機能しなくなることがあり得る。本態様によれば、1つまたは2つの転舵制御装置が第1通信バスに情報を流出させることができないため、その転舵制御装置に無秩序送信現象を伴う失陥が生じた場合でも、その失陥によって第1通信バスが機能しなくなることを、防止することが可能となる。
(3)当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備えた( 1)項または( 2)項に記載のステアリングシステム。
(4)前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものが、前記第2通信バスに、送信不能に接続された( 3)項に記載のステアリングシステム。
上記2つの態様のステアリングシステムによれば、いずれかの反力制御装置によって取得された操作情報を、補助転舵装置による転舵に利用することが可能となり、また、上記第2通信バスを流れる情報を、反力制御装置による操作反力の制御に利用することも可能となる。2つの態様のうちの後者によれば、第2通信バスに送信不能に接続された1以上の反力制御装置に無秩序送信現象を伴う失陥が生じたときでも、第2通信バスの機能を維持することが可能となる。
(5)当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備えた(1)項ないし(4)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
(6)前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものと、前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものとの少なくとも一方が、前記第3通信バスに、送信不能に接続された( 5)項に記載のステアリングシステム。
上記2つの態様によれば、専用通信線で接続されていない反力制御装置と転舵制御装置との間の通信が可能となり、専用通信線が機能しなくなった場合でも、反力制御装置が取得した操作情報を、転舵制御装置による転舵の制御に利用でき、また、転舵制御装置が取得した転舵情報(後述する)を、反力制御装置による操作反力の制御に利用できる。さらに、第3通信バスを介して入手する情報を利用して、反力制御装置,転舵制御装置は、反力制御,転舵制御を行うことが可能である。上記2つの態様のうちの後者によれば、第3通信バスに送信不能に接続された制御装置に無秩序送信現象を伴う失陥が生じたときでも、第3通信バスの機能を維持することが可能となる。
(7)当該ステアリングシステムが、さらに、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスと、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスと
を備え、
前記2つの転舵制御装置のうちの1つが、前記第1通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第1通信バスに送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に続され、かつ、
前記2つの反力制御装置のうちの1つが、前記第2通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第2通信バスに、送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に接続された( 1)項ないし( 6)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
本態様は、後に説明する実施例のステアリングシステムに関する具体的な態様である。本態様のステアリングシステムの作用,メリット等については、実施例の説明を参照されたし。
(8)前記補助転舵装置が、
前記当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられて、左右の車輪に独立して制動力を付与可能なブレーキシステムである( 1)項ないし( 7)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
本態様は、補助転舵装置に具体的な限定を加えた態様であり、補助転舵装置を外部のシステムによって担わせる態様である。左右の車輪に異なる大きさの制動力を付与することで、車両の向きを変えることが可能であり、ブレーキシステムは、上記転舵装置が機能しなくなるような失陥が生じた場合でも、緊急的に、車両を転舵することが可能となる。その意味において、ブレーキシステムは、非常手段的な転舵装置となり得る。
(9)前記2系統の転舵装置が、各系統において、車輪の転舵程度に関する情報である転舵情報を取得するように構成され、かつ、
前記2系統の反力付与装置が、各系統において、前記転舵情報に基づいて、前記操作反力を制御するように構成された( 1)項ないし( 8)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
本態様における「転舵情報」は、転舵程度に関する情報であり、「転舵程度」には、車輪の転舵量の他、転舵に要している力(転舵負荷)、転舵の速度等が含まれる。転舵負荷に基づいて反力制御装置が操作反力の制御を行えば、その負荷を運転者に感じ取らせることが可能となる。通信バスを介して転舵情報を転舵制御装置から反力制御装置に伝達できるようにされていれば、専用通信線が機能しないような失陥が生じた場合においても、転舵情報に基づいた操作反力の制御が可能となる。
(10)前記2系統の反力付与装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、前記操作反力が制御されるように構成された( 1)項ないし( 9)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
本態様のステアリングシステムによれば、例えば、車両走行速度が高い場合に、操作反力を大きくして運転者による過度のステアリング操作を抑制することで、車両の直進安定性を高め、車両走行速度が低い場合に、操作反力を低くして運転者による車両の取り回しを容易化することができる。
(11)前記2系統の転舵装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、車輪の転舵程度が制御されるように構成された(1)項ないし(10)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
転舵程度には、車輪の転舵量も含まれ、本態様のステアリングシステムによれば、例えば、車両走行速度が高い場合に、操作部材の操作量に対する車輪の転舵量の比(以下、「転舵比」という場合がある)を小さくして車両の走行安定性を図り、車両走行速度が低い場合に、転舵比を大きくして、車両の旋回性を高めることが可能となる。
(12)前記第1通信バスに前記車速情報が流れるように構成された(10)項または(11)項に記載のステアリングシステム。
(13)当該ステアリングシステムが、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備え、その第2通信バスに前記車速情報が流れるように構成された(10)項ないし(12)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
(14)当該ステアリングシステムが、
前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備え、その第3通信バスに前記車速情報が流れるように構成された(10)項ないし(13)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
上記3つの態様のステアリングシステムでは、車速情報を通信バスを介して反力制御装置と転舵制御装置との少なくとも一方が受け取るように構成されることになる。複数の通信バスを車速情報が流れるようにすれば、いずれかの通信バスが機能しなくなっても、反力制御装置と転舵制御装置との少なくとも一方が、機能している通信バスを介して、車速情報を入手することが可能となる。
(15)前記車速情報が、当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられたブレーキ装置からの情報を含む(10)項ないし(14)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
(16)前記車速情報が、
当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられた車両駆動システムからの情報を含む(10)項ないし(15)項のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
一般的なブレーキシステムは、車輪の回転速度を検出する車輪速センサを備えており、また、例えば、ハイブリッド車両に搭載される車両駆動システムは、エンジンの回転速度,電動モータの回転速度を検出する回転速センサを備えることが多い。上記2つの態様では、それらブレーキシステムと車両駆動システムとの少なくとも一方からの車速情報が通信バスを流れることになる。ブレーキシステムと車両駆動システムとの両方からの車速情報が通信バスを流れるように構成すれば、それら2つのシステムの一方から車速情報が流出されない場合であっても、他方からの車速情報を、反力制御装置と転舵制御装置との少なくとも一方が利用できることになる。
実施例のステアリングシステム、および、そのシステムが搭載された車両の全体構成を模式的に示す図である。 実施例のステアリングシステムの転舵装置が備える転舵アクチュエータを示す断面図である。 実施例のステアリングシステムの制御に関する構成を示すブロック図である。 実施例のステアリングシステムを構成する複数の電子制御ユニットの1つが失陥した場合における電子制御ユニット間の通信状態を説明するための模式図である。 実施例のステアリングシステムを構成する複数の電子制御ユニットの2つが失陥した場合における電子制御ユニット間の通信状態を説明するための模式図である。 実施例のステアリングシステムを構成する複数の電子制御ユニットの2つが失陥した場合における電子制御ユニット間の通信状態を説明するための図5とは別の模式図である。 変形例のステアリングシステムの制御に関する構成を示すブロック図である。
以下、請求可能発明を実施するための形態として、請求可能発明の実施例であるステアリングシステムを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
[A]実施例のステアリングシステムが搭載された車両の全体構成
実施例のステアバイワイヤ式のステアリングシステムは、例えば、図1に示すような車両10に搭載される。車両10は、前後左右4つの車輪を有する車両であり、図に示す左右の2つの前輪12(以下、前輪と後輪とを区別せずに「車輪12」という場合がある)が転舵輪とされ、ステアリングシステム14は、それら2つの前輪12を転舵(転向)する。本車両10は、前輪駆動車であり、2つの前輪12は、駆動輪ともされている。それら2つの前輪12を回転駆動させるために、車両10には、ハイブリッド式の車両駆動システム16が搭載されている。さらに、本車両10には、4つの車輪12の回転を止めるために、液圧式のブレーキシステム18が設けられている。ステアリングシステム14の構成については、後に詳しく説明し、ここでは、車両駆動システム16とブレーキシステム18について、簡単に説明する。
車両駆動システム16は、一般的なものであり、駆動源としてのエンジン22と、主に発電機として機能するジェネレータ24と、それらエンジン22,ジェネレータ24が連結される動力分割機構26と、もう1つの駆動源である電動モータ28とを有している。動力分割機構26は、エンジン22の回転を、ジェネレータ24の回転と出力軸の回転とに分割する機能を有している。電動モータ28は、減速機として機能するリダクション機構30を介して出力軸に繋げられている。出力軸の回転は、差動機構32,ドライブシャフト34L,24Rを介して伝達され、左右の前輪12が回転駆動される。ジェネレータ24は、インバータ36Gを介してバッテリ38に繋がれており、ジェネレータ24の発電によって得られる電気エネルギは、バッテリ38に蓄えられる。また、電動モータ28も、インバータ36Mを介してバッテリ38に繋がれており、電動モータ28の作動,ジェネレータ24の作動は、インバータ36M,インバータ36Gをそれぞれ制御することによって制御される。バッテリ38の充電量の管理,インバータ36M,インバータ36Gの制御は、コンピュータ,当該車両駆動システムを構成する各機器の駆動回路(ドライバ)等を含んで構成される制御装置であるハイブリッド電子制御ユニット40(以下、「ハイブリッドECU40」という場合がある)によって行われる。
車両減速時には、前輪12の回転によって、電動モータ28は、バッテリ38からの電力の供給を受けずして回転する。その回転によって生じる起電力を利用して、電動モータ28は発電し、その発電した電力は、インバータ36Mを介して、バッテリ38に電気量として蓄積される。充電された電気量に相当するエネルギの分だけ、前輪12の回転が、つまり、車両が減速させられる。したがって、本車両では、車両駆動システム16は、回生ブレーキシステムとしても機能するのである。なお、ハイブリッドECU40は、エンジン22,ジェネレータ24,電動モータ28のそれぞれの回転速度に基づいて、車輪12の回転速度、すなわち、車両10の走行速度vを推定しており、その推定された走行速度v(以下、「車速vHB」と言う場合がある)を、車速情報として送信可能とされている。
ブレーキシステム18は、一般的なものであり、ブレーキ操作部材としてのブレーキペダル42と、ブレーキペダル42に連結されてリザーバ44からの作動液を加圧するタンデム型のマスタシリンダ46と、マスタシリンダ46に繋げられたブレーキアクチュエータ48と、4つの車輪12の各々に配設されてブレーキアクチュエータ48から作動液が供給される車輪制動器であるディスクブレーキ装置50とを含んで構成されている。
ブレーキアクチュエータ48は、ポンプ,電磁弁等を内蔵しており、通常は、マスタシリンダ46からの作動液の流れを遮断し、内蔵するポンプによって加圧された作動液を、ブレーキペダル42の操作の程度に応じた圧力に調圧して、各ディスクブレーキ装置50に供給する。ブレーキアクチュエータ48の制御は、ポンプ,電磁弁等の駆動回路(ドライバ)、コンピュータ等を含んで構成されるブレーキ電子制御ユニット52(以下、「ブレーキECU52」という場合がある)によって行われる。
本ブレーキシステム18は、4つの車輪12の各々が発生させる制動力を個別に制御することが可能とされている。つまり、左右の車輪12に対して付与される制動力を異ならせる機能を有している。本ブレーキシステム18は、この機能を利用して、車両を左右に転向させることができ、後に詳しく説明する補助転舵装置としての役割を果たすことが可能とされている。なお、図示は省略するが、各車輪12には、車輪回転速センサ54が設けられており、ブレーキECU52は、それら車輪回転速センサ54の各々によって検出された車輪回転速度vRに基づいて、車両10の走行速度vを推定しており、その推定された走行速度v(以下、「車速vBR」と言う場合がある)を、車速情報として送信可能とされている。
[B]実施例のステアリングシステムの全体構成
実施例のステアリングシステム14は、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムであり、ステアリング操作部材であるステアリングホイール60と、ステアリングホイール60に操作反力を付与する反力付与装置62と、車輪12を転舵する転舵装置64とを含んで構成されている。
車輪12の各々は、サスペンション装置を介して回動可能に車体に支持されたステアリングナックル66によって、回転可能に保持されている。転舵装置64は、駆動源としての電動モータである転舵モータ68を有して転舵ロッド70を左右に動かす転舵アクチュエータ72と、転舵ロッド70の両端にそれぞれ一端がボールジョイントを介して連結されたリンクロッド74とを含んで構成されている。リンクロッド74の各々の他端は、対応するステアリングナックル66に設けられたナックルアームにボールジョイントを介して連結されている。転舵ロッド70が左右に動かされることによって、各ステアリングナックル66が回動して各車輪12が転舵される。
転舵アクチュエータ72の構造について、図2をも参照しつつ説明すれば、転舵アクチュエータ72は、図2に示すように、ハウジング76内に、転舵ロッド70を、それの軸線の回りに回転不能かつ左右に移動可能に保持している。転舵ロッド70の外周にはねじ溝78が形成されている。また、ハウジング76内には、保持筒80がそれの軸線の回りに回転可能かつ左右に移動不能に保持されている。この保持筒80には、ベアリングボールを保持するナット82が固定的に保持されている。ナット82と転舵ロッド70とは互いに螺合させられて、それらはボールねじ機構を構成している。転舵モータ68は、ハウジング76の外部に、自身の軸線と転舵ロッド70の軸線とが互いに平行となる姿勢で配設されており、モータ軸84の先端には、タイミングプーリ86が付設されている。保持筒80の外周には、タイミングプーリ86と同様に係合歯88が形成されており、保持筒80は、タイミングプーリ86と対をなすもう1つのタイミングプーリとして機能する。保持筒80,タイミングプーリ86には、タイミングベルト90が巻き掛けられており、転舵モータ68の回転(厳密には、モータ軸84の回転である)によって、ナット82が回転し、転舵ロッド70が、左右方向において、転舵モータ68の回転方向に応じた向きに移動させられる。
転舵モータ68は、例えば3相のブラシレスDCモータであり、2系統のものとされている。詳しく言えば、モータ軸84の外周には、2系統に共通する磁石92が周方向に並んで固定的に配設されており、それら磁石92に対向するようにして、2系統に対応した2セットのコイル94A,94Bが配設されている。コイル94A,94Bのいずれかへの通電によっても転舵モータ68は回転し、また、両方への通電によっても転舵モータ68は回転する。転舵モータ68が発生させるトルク、すなわち、転舵ロッド70を左右に移動させる力は、概して、コイル94A,94Bに供給される電流の合計に比例したものとなる。なお、転舵モータ68が2系統のモータであることに鑑み、2つの転舵モータが存在すると擬制して、以下、2系統の各々に対応する転舵モータ68の部分を、便宜的に、それぞれ、転舵モータ68A,68Bと呼ぶ場合があることとする。したがって、転舵モータ68A,68Bは、転舵装置64の2つの駆動源と考えることができ、転舵装置64自体が2系統のものとされているのである。
転舵アクチュエータ72には、転舵モータ68の2系統に対応して、転舵モータ68A,68Bに、それぞれ、モータ軸84に付設された磁石92と自身のコイル94A若しくはコイル94Bとの相対位相、すなわち、モータ軸84の回転角であるモータ回転角RSを検出するためのモータ回転角センサ96A,96B(具体的には、レゾルバである)が設けられている。また、図1に模式的に示すように、転舵アクチュエータ72は、いわゆるパワーステアリング装置の転舵アクチュエータと同様に、ラック&ピニオン機構が設けられており、その機構を構成するピニオン軸の回転角度を、転舵ロッド70の動作量、すなわち、車輪12の転舵量θとして検出するための転舵量センサ98も設けられている。ちなみに、転舵量センサ98は、転舵ロッド70が中立位置(左右のいずれにも車輪12が転舵されていない状態の位置)に位置する状態からの回転量を、360°を超えて検出可能であり、いわゆる絶対角センサとして機能する。転舵量センサ98は、後に説明するいわゆるステアリングセンサと同様のものを用いることができる。
図1に示すように、反力付与装置62は、ステアリングホイール60に固定されてステアリングホイール60と一体的に回転可能とされたステアリングシャフト100と、電動モータである反力モータ102とを含んで構成されている。反力モータ102のモータ軸はステアリングシャフト100と一体化されており、反力モータ102は、ステアリングホイール60に回転トルクを付与する。この回転トルクは、運転者によるステアリングホイール60の操作、つまり、ステアリング操作に対する反力(操作反力)として機能する。したがって、反力モータ102は、反力アクチュエータとして機能する。
反力モータ102は、詳しい構造の図示は省略するが、転舵モータ68と同様、2系統のブラシレスDCモータとされている。そのことを考慮して、2つの反力モータが存在すると擬制して、以下、図1に示すように、2系統の各々に対応する反力モータ102の部分を、便宜的に、反力モータ102A,102Bと呼ぶ場合があることとする。なお、操作反力は、ステアリングホイール60を中立位置(右にも左にも操作されていない位置)に戻す力としても機能する。操作反力は、反力モータ102A,102Bのいずれか若しくは両方への通電によって発生し、その大きさは、概して、反力モータ102A,102Bに供給される電流の合計に比例したものとなる。反力付与装置62も、転舵装置64と同様に、反力モータ102の2系統に対応した2系統のものとされているのである。
反力付与装置62においては、転舵装置64と同様に、反力モータ102の2系統に対応して、反力モータ102A,102Bに、それぞれ、レゾルバであるモータ回転角センサ104A,104Bが設けられている。ちなみに、モータ回転角センサ104A,104Bは、GMRを用いてもよい。モータ回転角センサ104A,104Bは、ステアリングシャフト60と一体化された反力モータ62のモータ軸のモータ回転角RCを検出する。また、反力付与装置62には、ステアリングホイール60の操作量δを検出するための操作量センサ106が付設されている。操作量センサ106は、いわゆるステアリングセンサと呼ばれるものであり、中立位置(左右のいずれにも操作されていない状態の位置)に位置する状態からのステアリングホイール60の回転量を、操作量δとして、360°を超えて検出可能であり、いわゆる絶対角センサとして機能する。ちなみに、操作量センサ106は、ステアリングホイールの操作の程度を直に検出するものと考えることができる。
[C]実施例のステアリングシステムの制御に関する構成
図1を参照しつつ説明すれば、転舵装置64の制御、すなわち、転舵アクチュエータ72が備える転舵モータ68の制御は、2系統に対応して、それぞれが転舵制御装置として機能する2つの転舵電子制御ユニット108A,108B(以下、「転舵ECU108A,108B」という場合がある)によって行われる。具体的には、転舵ECU108Aは、モータ回転角センサ96Aによって検出されたモータ回転角RSに基づいて、転舵モータ68Aの作動の制御を行い、転舵ECU108Bは、モータ回転角センサ96Bによって検出されたモータ回転角RSに基づいて、転舵モータ68Bの作動の制御を行う。同様に、反力付与装置62の制御、すなわち、反力モータ102の制御は、2系統に対応して、それぞれが反力制御装置として機能する2つの反力電子制御ユニット110A,110B(以下、「反力ECU110A,110B」という場合がある)によって行われる。具体的には、反力ECU110Aは、モータ回転角センサ104Aによって検出されたモータ回転角RCに基づいて、反力モータ102Aの作動の制御を行い、反力ECU110Bは、モータ回転角センサ104Bによって検出されたモータ回転角RCに基づいて、反力モータ102Bの作動の制御を行う。また、操作量センサ106によって検出された操作量δについての情報の送信のため、本ステアリングシステム14では、操作量電子制御ユニット112(以下、「操作量ECU112」という場合がある)が設けられている。
ステアリングシステム14の制御に関する構成をブロック図で示す図3を参照しつつ、さらに説明すれば、転舵ECU108A,108Bは、それぞれ、CPU,ROM,RAM等を含んで構成されるコンピュータ114Sと、転舵モータ68A,68Bの駆動回路(ドライバ)であるインバータ116Sとを含んで構成される。コンピュータ114Sは、インバータ116Sを介して、転舵モータ68A,68Bの作動を制御する。コンピュータ114Sには、モータ回転角センサ96A,96Bがそれぞれ接続されている。転舵ECU108A,108Bは、それぞれ、通信のための3つのポートを有しており、コンピュータ114Sは、それら3つのポートに対応してトランシーバとして機能する3つの入出力インターフェイス118S(以下、「I/O118S」という場合がある)を有している。なお、コンピュータ114Sは、転舵量センサ98にも接続されている。
同様に、反力ECU110A,110Bは、それぞれ、CPU,ROM,RAM等を含んで構成されるコンピュータ114Cと、反力モータ102A,102Bの駆動回路(ドライバ)であるインバータ116Cとを含んで構成される。コンピュータ114Cは、インバータ116Cを介して、反力モータ102A,102Bの作動を制御する。コンピュータ114Cには、モータ回転角センサ104A,104Bがそれぞれ接続されている。反力ECU110A,110Bは、それぞれ、通信のための3つのポートを有しており、コンピュータ114Cは、それら3つのポートに対応してトランシーバとして機能する3つの入出力インターフェイス118C(以下、「I/O118C」という場合がある)を有している。
操作量ECU112は、CPU,ROM,RAM等を含んで構成されるコンピュータ114δを有しており、コンピュータ114δは、操作量センサ106に接続されている。操作量ECU112は、通信のための1つのポートを有しており、コンピュータ114δは、そのポートに対応してトランシーバとして機能する1つの入出力インターフェイス118δ(以下、「I/O118δ」という場合がある)を有している。ちなみに、操作量ECU112,操作量センサ106は、反力付与装置62とは別に、ステアリングホイール60の操作量δを操作情報として取得する操作情報取得装置として機能する。
転舵ECU108A,108B,反力ECU110A,110B,操作量ECU112は、互いに通信を行うために、それぞれが、3本の通信バス120の1以上のものに接続されている。なお、3本の通信バス120を区別する必要がある場合には、それらを、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cと呼ぶこととする。具体的には、転舵ECU108A,108Bは、それぞれ第1通信バス120a,第3通信バス120cに接続され、反力ECU110A,110Bは、それぞれ、第2通信バス120b,第3通信バス120cに接続され、操作量ECU112は、第1通信バス120aに接続されている。なお、ブレーキECU52も、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cに接続されており、ハイブリッドECU40も、第2通信バス120bに、また、ゲートウェイ122を介して第3通信バス120cに、接続されている。
なお、本ステアリングシステム14は、転舵モータ68A、転舵ECU108A,反力モータ102A,反力ECU110Aを含んで構成される1系統(以下、「A系統」という場合がある)と、転舵モータ68B、転舵ECU108B,反力モータ102B,反力ECU110Bを含んで構成される1系統(以下、「B系統」という場合がある)との2系統を有するステアリングシステムと考えることができ、そのような2系統のステアリングシステムとして機能させるために、転舵ECU108Aと反力ECU110Aとが、第1専用通信線124A(以下、「専用通信線124A」と略す場合がある)によって接続され、転舵ECU108Bと反力ECU110Bとが、第2専用通信線124B(以下、「専用通信線124B」と略す場合がある)によって接続されている。
[D]実施例のステアリングシステムにおける通常時の制御
通常時、すなわち、本ステアリングシステム14の2系統のいずれにおいても失陥を生じていないときの本ステアリングシステム14の制御は、主に、反力ECU110A,110Bによる反力付与装置62、すなわち、反力モータ102A,102Bの制御である反力制御と、転舵ECU108A,108Bによる転舵装置64、すなわち、転舵モータ68A,68Bの制御である転舵制御とに区別することができる。先に説明したように、本ステアリングシステム14は、2系統のものとされており、それら2系統は、同じ制御が実行されるため、以下の説明は、2系統のうちの1系統の制御の説明に留める。したがって、反力ECU110A,110B、反力モータ102A,102B、転舵ECU108A,108B、転舵モータ68A,68B等については、符号の添え字である“A”,“B”を削除して、反力ECU110、反力モータ102、転舵ECU108B、転舵モータ68等と表すこととする。つまり、2系統を1系統であるかのようにして扱うこととする。なお、2系統に対応して、通常時は、反力ECU110Aと転舵ECU108Aとは、専用通信線124Aを介して通信し、反力ECU110Bと転舵ECU108Bとは、専用通信線124Bを介して通信するようにされており、第1通信バス120a~第3通信バス120cを介する反力ECU110,転舵ECU108相互間の通信は行わないようにされている。
i)反力制御
通常時において、反力ECU110、詳しくは、反力ECU110のコンピュータ114Cが実行する反力制御は、基本的には、操作量δに応じた大きさの操作反力FCを、ステアリングホール60に付与するように実行される。これが基本反力制御であり、言い換えれば、中立位置に戻す方向の力が、操作量δが大きい程大きくなるように、反力モータ102への供給電流ICが制御される。反力モータ102に設けられているモータ回転角センサ104によって検出されるモータ回転角RCを累積することで、操作量δは算出できるため、反力ECU110は、モータ回転角RCに基づく算出によって、現時点での操作量δを把握しており、その把握した操作量δに基づいて、次式に従って、付与すべき操作反力FCを決定する。
C=αc×δ αc:基本反力ゲイン
ちなみに、当該車両10が稼働を開始した時点において、反力ECU110が把握している操作量δは、操作量センサ106によって検出されている操作量δに基づいて、キャリブレーションがなされる。
本ステアリングシステム14における反力制御では、反力ECU110は、上記基本反力制御に加えて、車両10の走行速度vに基づく車速依拠反力制御と、転舵装置14、すなわち、転舵アクチュエータ72の負荷に基づく転舵負荷依拠反力制御とを行っている。車速依拠反力制御は、車速vが大きい程、ステアリングホイール16の操作を行い難くするため、操作反力を大きくする制御であり、また、転舵負荷依拠反力制御は、例えば、車輪12が縁石等に乗り上げた場合等において転舵アクチュエータ72の負荷が大きくなったときに、その負荷を運転者に認知させるために操作反力を大きくする制御である。先に説明したように、ハイブリッドECU40,ブレーキECU52は、車速vを車速vHB,vBRとして推定しており、反力ECU110は、第1通信バス120a~第3通信バス120cを介して、ハイブリッドECU40,ブレーキECU52から送信されてくる車速vHB,vBRに関する車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。また、後に説明するが、転舵ECU108は、車輪12の転舵量θの目標となる目標転舵量θ*を決定し、実際の転舵量θがその目標転舵量θ*となるように、転舵量偏差Δθ(=θ*-θ)に基づくフィードバック制御を行っており、転舵量偏差Δθが大きい程、転舵アクチュエータ72の負荷、すなわち、転舵モータ68の負荷は大きいものと推定することができる。反力ECU110は、転舵情報として転舵ECU108から送信されてくる転舵量偏差Δθに基づいて、転舵量偏差Δθが大きい程操作反力FCが大きくなるように、転舵負荷依拠反力制御を行う。
上記基本反力制御に加えて、車速依拠反力制御,転舵負荷依拠反力制御を行うことで、実際には、反力ECU110は、反力制御において、次式に従って、付与すべき操作反力FCを決定する。
C=αc×δ+βC×v+γC×Δθ
βC:車速依拠反力ゲイン,γC:転舵負荷依拠反力ゲイン
そして、上記式に従って決定された操作反力FCを付与するための電流ICが、インバータ116Cから反力モータ102に供給される。
ii)転舵制御
通常時において、転舵ECU108、詳しくは、転舵ECU108のコンピュータ114Sが実行する転舵制御は、基本的には、車輪の転舵量θが、ステアリングホイール60の操作量δに応じた量となるように、転舵アクチュエータ72、すなわち、転舵モータ68が制御される。これが基本転舵制御である。転舵モータ68に設けられているモータ回転角センサ96によって検出されるモータ回転角RSを累積することで、転舵量θは算出できるため、転舵ECU108は、モータ回転角RSに基づく算出によって、現時点での転舵量θを把握している。一方、転舵ECU108は、操作情報として反力ECU110から送信されてくるステアリングホイール60の操作量δに基づいて、次式に従って、転舵量θの目標となる目標転舵量θ*を決定する。
θ*=αS×δ αS:基本転舵ゲイン
そして、転舵ECU108は、実際の転舵量θの目標転舵量に対する偏差である転舵量偏差Δθを求め、その転舵量偏差Δθに基づく転舵モータ68のフィードバック制御が行われる。具体的に言えば、例えば、次式に基づいて、転舵モータ68への供給電流ISが決定され、その電流がインバータ116Sから転舵モータ68に供給される。
S=βSP×Δθ+βSD×dΔθ
βSP:比例ゲイン,βSD:微分ゲイン,dΔθ:転舵量偏差の微分値
なお、操作量δと同様に、当該車両10が稼働を開始した時点において、転舵ECU108が把握している転舵量θは、転舵量センサ98によって検出されている転舵量θに基づいて、キャリブレーションがなされる。
本ステアリングシステム14における転舵制御では、転舵ECU08は、上記基本転舵制御に加えて、車両10の走行速度vに基づく転舵比変更制御を実行する。本ステアリングシステム14は、いわゆるVGRS(variable gear ratio system)を機能を有しており、車速vが大きい程、走行の安定性に考慮して、操作量δの変化に対する転舵量θの変化の割合(いわゆる「転舵比」である)を小さく、逆に言えば、車速vが小さい程、操作性を高めるために、その割合を大きくするようにされている。反力制御と同様に、転舵ECU108は、第1通信バス120a~第3通信バス120cを介して、ハイブリッドECU40,ブレーキECU52から送信されてくる車速vHB,vBRに関する車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。この転舵比変更制御を、上記基本転舵制御に加えて行うことで、実際には、転舵ECU108は、次式に従って、目標転舵量θ*を決定する。
θ*=γS(v)×αS×δ γS(v):車両走行速度vをパラメータとする係数
[E]実施例のステアリングシステムにおける電気的失陥への対処
本ステアリングシステム14は、運転者がステアリングホイール60に加えた操作力によらず、転舵アクチュエータ72の電気的な制御によって車輪12を転舵するシステム、いわゆるステアバイワイヤ式のステアリングシステムである。そして、本ステアリングシステム14では、当該ステアリングシステム14に電気的な失陥が生じた際にも、運転者の操作力によって車輪12を転舵する手段を備えていない。したがって、フェールセーフの観点から、電気的な失陥、具体的には、ステアリングシステム14が備える反力ECU110,転舵ECU108の失陥への対処が特に問題となる。以下に、反力ECU110,転舵ECU108の失陥に対処するために本ステアリングシステム14に備えられている手段について説明する。
i)3つの冗長系
本ステアリングシステム14において、反力ECU110,転舵ECU108のいずれかにおいて電気的な失陥が生じた際に、最低でも、ステアリングホイール60の操作量δに応じて車両10の向きをある程度変更できる機能が担保される必要がある。先に説明したように、本ステアリングシステム14では、2系統の反力付与装置62に対応して、操作量δを操作情報として取得する系統(以下、「操作情報取得系統」という場合がある)として、それぞれが1つずつの反力ECU110,モータ回転角センサ104を含む2つの系統を有している。また、車両10の向きを変更する系統(以下、「転舵系統」という場合がある)として、車輪12を転舵することによって車両10の向きを変えるための それぞれが1つずつの転舵ECU108,転舵モータ68を含む2つの系統を有している。そして、反力ECU110の1つと転舵ECU108の1つが、また、反力ECU110のもう1つと転舵ECU108のもう1つが、専用通信線124で接続されている。したがって、2つの反力ECU110,2つの転舵ECU108のうちのいずれか1つが失陥したとしても、すなわち、1次的失陥が生じたとしても、少なくとも1つの操作情報取得系統と1つの転舵系統の作動、すなわち、当該ステアリングシステム14の2系統のうちの1系統の作動が担保される。
しかしながら、現実的には考えにくいが、反力ECU110,転舵ECU108のいずれか2つが失陥すること、すなわち、2次的失陥が生じることを想定した場合、フェールセーフの観点からすれば、この2次的失陥にも対処できることが望ましい。
そこで、本ステアリングシステム14では、上記2つの操作情報取得系統を主操作情報取得系統とした場合において、それら主操作情報取得系統に加え、代替的な操作情報取得系統である補助操作情報取得系統として、操作量センサ106,操作量ECU112を含む上述の操作情報取得装置が設けられている。
また、上記2つの転舵系統を主転舵系統とした場合において、非常緊急的な転舵系統である補助転舵系統として、左右の車輪12に独立して制動力を付与することで車両10の向きを変更する機能を有する上記ブレーキシステム18が機能する。つまり、ブレーキシステム18が、当該ステアリングシステム14の一部となるように構成されているのである。言い換えれば、ブレーキECU52によって制御されるブレーキシステム18が、本ステアリングシステム14における補助転舵装置とされているのである。補助転舵系統としてのブレーキシステム18の作動は、2つの主転舵系統が失陥したときにしか行われず、具体的には、ブレーキECU52は、入手したステアリングホイール60の操作量δに関する情報に基づいて、左右の車輪12に付与される制動力がその操作量δに応じた差となるように、ブレーキアクチュエータ48を制御する。右側の車輪12への制動力を左側の車輪12への制動力より大きくすることで、車両は、右側に向きを変えることができ、左側の車輪12への制動力を右側の車輪12への制動力より大きくすることで、車両は、左側に向きを変えることができるのである。
そして、本ステアリングシステム14では、上記操作情報取得装置を構成する操作量ECU112が、自身が取得した操作量δについての情報を操作情報として送信でき、その送信された情報を、2つの転舵ECU108、および、補助転舵装置としてのブレーキECU52の各々が受信できるように、第1通信バス120aを介して操作量ECU112と、転舵ECU108と、ブレーキECU52が、第1通信バス120aに接続されている。
上記のような構成により、本ステアリングシステム14は、操作情報取得系統,転舵系統ともに3系統のシステムとされ、反力ECU110,転舵ECU108のいずれか2つが失陥する2次的失陥が発生した場合でも、いずれかの操作情報取得系統が取得したステアリングホイール60の操作量δに基づいて、いずれかの転舵系統が、車両の向きを変更することが可能とされているのである。つまり、本ステアリングシステム14は、操作情報取得系統,転舵系統ともに3つの冗長系とされているのである。
なお、先に説明したように、通常時において、反力ECU110が行う反力制御には、基本反力制御に加え、転舵負荷依拠反力制御,車速依拠反力制御が含まれており、転舵ECU108が行う転舵制御には、基本転舵制御に加え、転舵比変更制御が含まれている。本ステアリングシステム14では、転舵ECU108の1つが失陥したとしても、できるだけ2つの反力ECU110が転舵負荷依拠反力制御を行えること、また、車速情報を送信するハイブリッドECU40,ブレーキECU52が失陥したり車速情報の通信経路が機能しなくなった場合でも、できるだけ、反力ECU110が車速依拠反力制御を、転舵ECU108が転舵比変更制御を行い得ること等に鑑みて、図3に示すように、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cの3つの通信バス(「通信バス120」と総称する場合がある)によって、2つの反力ECU110,2つの転舵ECU108,操作量ECU112,ブレーキECU52,ハイブリッドECU40が相互に接続されている。
ちなみに、3つの通信バス120の機能について端的に説明すれば、第1通信バス120aは、先に説明したように、上述の操作情報取得装置を構成する操作量ECU112が取得したステアリングホイール60の操作量δを、3つの転舵系統をそれぞれが構成する転舵ECU108,ブレーキECU52に送信することを主目的とする通信バスと考えることができる。また、第2通信バス120bは、ハイブリッドECU40,ブレーキECU52からの車速vについての情報を、2つの反力ECU110に伝達することを主目的とする通信バスと考えることができる。さらに、第3通信バス120cは、ハイブリッドECU40,ブレーキECU52からの車速vについての情報を、2つの転舵ECU108に伝達することを主目的とし、異なる系統の反力ECU110と転舵ECU108との通信を可能とすることを別の目的とする通信バスと考えることができる。
ii)無秩序送信現象を伴う電子制御ユニットの失陥への対処
転舵ECU108,反力ECU110,操作量ECU112,ハイブリッドECU40,ブレーキECU52(以下、単に「ECU」と総称する場合がある)の各々は、通信バス120を介して情報(以下、「コンテンツ情報」という場合がある)を送信する場合、その情報に、自身を識別させるための情報(例えば、アドレス,ID等であり、以下、「識別情報」という場合がある)を付して、通信バス120に流す。ECUの各々は、通信バスを流れてくる情報から、識別情報を基に、必要となるコンテンツ情報を受け入れる。ところが、ECUが失陥した場合、詳しく言えば、ECUが内蔵するコンピュータ114S,114C,114δ等が失陥した場合、その失陥したECUは、識別情報を付すことなく、意味不明な情報を、大量に、通信バス120に垂れ流すこともあり得る。つまり、無秩序送信現象を伴った失陥が生じることもあり得るのである。
上記無秩序送信現象を伴う失陥がいずれかのECUに生じた場合、そのECUが繋がる通信バス120は、垂れ流された大量の情報が充満し、機能しなくなることが予想される。つまり、その通信バス120を介した全ての通信ができなくなってしまうのである。
そこで、本ステアリングシステム14は、転舵ECU108,反力ECU110の各々において、3つのポートのうちの1つのポートと、そのポートに繋がる通信バス120との情報のやり取りに関して、その通信バス120からのその1つのポートを介した情報を受け入れるものの、その1つのポートを介したその通信バスへの情報の流出を禁止するように構成している。つまり、その1つのポートにおいては、情報の受け入れだけが可能な一方向通信を行うようにされているのである。転舵ECU108,反力ECU110の各々において、コンピュータ114S,114Cが有する3つのI/O118S,118Cのうちの1つが、一方向通信を行うような構成とされている。ちなみに、図3では、一方向通信を行うようにされた3つのI/O118S,118Cのうちの1つには、“×”を付してあり、一方向通信を行う通信バス120とポートとの間の通信線を、破線で表している。
具体的には、反力ECU110Aは、第2通信バス120bからの情報は受け入れるものの、第2通信バス120bへの情報の流出ができないようになっており、反力ECU110Bは、第3通信バス120cからの情報は受け入れるものの、第3通信バス120cへの情報の流出ができないようになっている。同様に、転舵ECU108Aは、第3通信バス120cからの情報は受け入れるものの、第3通信バス120cへの情報の流出ができないようになっており、転舵ECU108Bは、第1通信バス120aからの情報は受け入れるものの、第1通信バス120aへの情報の流出ができないようになっている。そのような構成により、例えば、反力ECU110A,反力ECU110B,転舵ECU108A,転舵ECU108Bにおいて、それぞれ、無秩序送信現象を伴った失陥が発生した場合であっても、第2通信バス120b,第3通信バス120c,第3通信バス120c,第1通信バス120aを介した通信が阻害されることがないのである。
なお、反力ECU110,転舵ECU108の4つとも、3つの通信ポートを有し、その3つのポートのうちの1つが一方向通信を行うようにされていること、すなわち、通信ポートに関する反力ECU110,転舵ECU108の構成が統一されていることは、本ステアリングシステム14の構成上の簡素化を図る上で有利である。
iii)電気的失陥が生じた場合におけるステアリングシステムの作動
以下に、1つもしくは2つのECUに電気的失陥が生じた場合において、失陥していないECU間の通信がどのように確保され、当該ステアリングシステム14がどのように作動するかについて、具体的に説明する。なお、以下の説明において、3つの操作情報取得系統,3つの転舵系統のいずれにも属しないハイブリッドECU40については省略することとする。
まず、1つのECUに上記無秩序送信現象を伴った失陥が発生した場合について、図4を参照し、失陥したECUを替えつつ説明する。ちなみに、図4では、ECUの内部構成が省略されており、図4(a)には、参考のため、いずれのECUも失陥していない状態が示されている。また、図4(b)~(g)では、失陥しているECUが、×印で示され、機能しなくなっている通信バス120、および、機能しなくなっている専用通信線124は消されている。
図4(b)は、反力ECU110Aが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,第3通信バス120cが機能しなくなっている。転舵ECU108Aは、操作量ECU112から第1通信バス120aを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行い、転舵ECU108A,転舵ECU108Bは、ブレーキECU52から第1通信バス120aを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。また、反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。なお、操作情報,車速情報は、本ステアリングシステム14では、具体的には、それぞれ、操作量δに関する情報,車両10の走行速度vに関する情報であり、以下の説明でも同様とする。
図4(c)は、反力ECU110Bが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124B,第2通信バス120bが機能しなくなっている。転舵ECU108Bは、操作量ECU112から第1通信バス120aを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行い、転舵ECU108A,転舵ECU108Bは、ブレーキECU52から第1通信バス120a若しくは第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。また、反力ECU110Aは、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図4(d)は、操作量ECU112が失陥している状態を示す。この状態では、第1通信バス120aが機能しなくなっているが、失陥が、補助的な操作情報取得系統において生じており、また、専用通信線124A,専用通信線124B,第2通信バス120b,第3通信バス120cが機能しているため、反力ECU110,転舵ECU108による反力制御,転舵制御には影響がない。
図4(e)は、転舵ECU108Aが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,第1通信バス120aが機能しなくなっている。転舵ECU108Bは、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110A,反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120b若しくは第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行い、反力ECU110Aは、転舵ECU108Bから第3通信バス120cを介して受け取る転舵情報に基づいて、転舵負荷依拠反力制御を行う。なお、転舵情報は、本ステアリングシステムでは、転舵量偏差Δθに関する情報であり、以下の説明でも同様とする。
図4(f)は、転舵ECU108Bが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124B,第3通信バス120cが機能しなくなっている。転舵ECU108Aは、ブレーキECU52から第1通信バス120aを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110A,反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。なお、反力ECU110Bは、転舵ECU108Aから転舵情報を受け取る経路が存在していないため、転舵負荷依拠反力制御を実行しない。
図4(g)は、ブレーキECU52が失陥している状態を示す。この状態では、2つの専用通信線124A,124Bは機能しているものの、3つの通信バス120a,120b,120cは、いずれも機能していない。反力ECU110A,反力ECU110Bは、ともに、基本反力制御,転舵負荷依拠反力制御を行うが、車速依拠反力制御は行わない。転舵ECU108A,転舵ECU108Bは、ともに、基本転舵制御を行うが、転舵比変更制御は行わない。
次に、2つのECUに上記無秩序送信現象を伴った失陥が発生した場合について、図5,図6を参照し、失陥したECUを替えつつ説明する。ちなみに、図4と同様に、図5,図6では、ECUの内部構成が省略されており、図5(a)には、参考のため、いずれのECUも失陥していない状態が示されている。また、図5(b)~(h),図6(i)~(p)では、失陥しているECUが、×印で示され、機能しなくなっている通信バス120、および、機能しなくなっている専用通信線124は消されている。
図5(b)は、A系統を構成する反力ECU110A,転舵ECU108Aが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,第1通信バス120a,第3通信バス120cが機能しなくなっている。B系統は機能しており、転舵ECU108Bは転舵比変更制御を行わないものの、反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図5(c)は、B系統を構成する反力ECU110B,転舵ECU108Bが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124B,第2通信バス120b,第3通信バス120cが機能しなくなっている。A系統は機能しており、反力ECU110Aは車速依拠反力制御を行わないものの、転舵ECU108Aは、ブレーキECU52から第1通信バス120aを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。
図5(d)は、補助操作情報取得系統を構成する操作量ECU112,補助転舵系統を構成するブレーキECU52が失陥している状態を示す。この状態では、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cのいずれもが機能しなくなっている。A系統,B系統は機能しているが、車速情報を受け取る経路が存在しないため、反力ECU110A,反力ECU110Bは、車速依拠反力制御を行わず、転舵ECU108A,転舵ECU108Bは、転舵比変更制御を行わない。
図5(e)は、2つの主操作情報取得系統をそれぞれに構成する反力ECU110A,反力ECU110Bがともに失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,専用通信線124Bの両方と、第2通信バス120b,第3通信バス120cとが機能しなくなっている。転舵ECU108A,転舵ECU108Bの各々は、補助操作情報取得系統を構成する操作量ECU112から第1通信バス120aを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行い、ブレーキECU52から第1通信バス120aを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。
図5(f)は、2つの主転舵系統をそれぞれに構成する転舵ECU108A,転舵ECU108Bがともに失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,専用通信線124Bの両方と、第1通信バス120a,第3通信バス120cとが機能しなくなっている。この状態においては、ブレーキECU52は、反力ECU110Bから第2通信バス120bを介して操作情報を受け取り、ブレーキシステム18が補助転舵系統として機能する。反力ECU110A,反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行い得る。
図5(g)は、A系統を構成する反力ECU110Aと、B系統を構成する転舵ECU108Bとが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,専用通信線124Bの両方と、第3通信バス120cとが機能しなくなっている。この状態においては、転舵ECU108Aは、操作量ECU112から第1通信バス120aを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行い、ブレーキECU52から第1通信バス120aを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図5(h)は、B系統を構成する反力ECU110Bと、A系統を構成する転舵ECU108Aとが失陥している状態を示す。この状態では、専用通信線124A,専用通信線124Bの両方と、第1通信バス120a,第2通信バス120bとが機能しなくなっている。この状態においては、転舵ECU108Bは、反力ECU110Aから第3通信バス120cを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行い、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110Aは、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図6(i)は、反力ECU110Aと操作量ECU112とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124A,第1通信バス120a,第3通信バス120cが機能しなくなっている。転舵ECU108Aは、基本転舵制御を行い得ないが、B系統は機能している。転舵ECU108Bは、転舵比変更制御を行い得ないが、反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図6(j)は、反力ECU110Bと操作量ECU112とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124B,第1通信バス120a,第2通信バス120bが機能しなくなっている。転舵ECU108Bは、反力ECU110Aから第3通信バス120cを介して受け取る操作情報に基づいて、基本転舵制御を行う。また、転舵ECU108A,転舵ECU108Bは、ともに、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110Aも、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図6(k)は、転舵ECU108Aと操作量ECU112とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線A,第1通信バス120aが機能しなくなっている。B系統は機能しており、転舵ECU108Bは、ブレーキECU52から第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、転舵比変更制御を行う。反力ECU110A,反力ECU110Bは、ブレーキECU52から第2通信バス120b若しくは第3通信バス120cを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図6(l)は、転舵ECU108Bと操作量ECU112とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124B,第1通信バス120a,第3通信バス120cが機能しなくなっている。ブレーキECU52から車速情報を受け取る経路がないため、転舵ECU108Aは、転舵比変更制御を行わない。一方で、反力ECU110A,反力ECU110Bは、ともに、ブレーキECU52から第2通信バス120bを介して受け取る車速情報に基づいて、車速依拠反力制御を行う。
図6(m)は、反力ECU110AとブレーキECU52とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124Aと、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cの3つともとが、機能しなくなっている。転舵ECU108Aは、基本制御を行い得ないが、B系統は機能している。車速情報の入手ができないため、反力ECU110Bは車速依拠反力制御は行わず、転舵ECU108Bは、転舵比変更制御を行わない。
図6(n)は、反力ECU110BとブレーキECU52とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124Bと、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cの3つともとが、機能しなくなっている。転舵ECU108Bは、基本制御を行い得ないが、A系統は機能している。車速情報の入手ができないため、反力ECU110Aは車速依拠反力制御は行わず、転舵ECU108Aは、転舵比変更制御を行わない。
図6(o)は、転舵ECU108AとブレーキECU52とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124Aと、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cの3つともとが、機能しなくなっている。車速情報の入手ができないため、反力ECU110Bは車速依拠反力制御は行わず、転舵ECU108Bは、転舵比変更制御を行わない。
図6(p)は、転舵ECU108BとブレーキECU52とが失陥している状態を示している。この状態では、専用通信線124Bと、第1通信バス120a,第2通信バス120b,第3通信バス120cの3つともとが、機能しなくなっている。車速情報の入手ができないため、反力ECU110Aは車速依拠反力制御は行わず、転舵ECU108Aは、転舵比変更制御を行わない。
以上、操作情報取得系統の3つのECUと転舵系統の3つのECUとの6つのECUのうち、1若しくは2のものに、無秩序送信現象を伴った失陥が発生した全てのケースについて、失陥していないECU間の通信がどのように確保され、当該ステアリングシステム14がどのように作動するかを、説明した。以上の説明から解るように、どのケースにおいても、補助転舵系統を含む3つの転舵系統のいずれか1以上の作動により、ステアリングホイール60の操作量δに応じて、車両の向きを変更することが可能である。よって、本ステアリングシステム14は、フェールセーフの観点において優れたステアバイワイヤ式のステアリングシステムとされているのである。
[F]変形例
上記実施例のステアリングシステム14では、無秩序送信現象を伴う失陥に鑑み、反力ECU110A,110B,転舵ECU108A,108Bと、第1~第3通信バス120a~120cとの接続において、反力ECU110A,110B,転舵ECU108A,108Bの各々における3つのポートのうちの1つを介した通信が、上述のような一方向通信とされていた。一方向通信とするポートの数や、どのポートを一方向通信とするかについては、設計において任意に決定することが可能である。
また、上記実施例のステアリングシステム14では、第1通信バス120aに加えて、第2通信バス120b,第3通信バスcをも配設し、合計3つの通信バスが採用されていたが、いずれかのECUが失陥した場合において、当該ステアリングシステムにどのような機能を担保させるべきか、すなわち、たとえば、車速依拠反力制御,転舵依拠反力制御,転舵比変更制御等の付加的な制御に依存する機能をどの程度担保させるか、或は、無秩序送信現象をどの程度考慮するか等によって、通信バスの数を増減させてもよい。
例えば、図7に示すステアリングシステム14’のように、1の通信バス120’しか設けずに、その通信バス120’に、操作量ECU112,転舵ECU108A,転舵ECU108B,ブレーキECU52を接続するようにしてもよい。このような簡素なステアリングシステム14’においても、いずれか2つのECUに、無秩序送信現象を伴わない失陥が生じたとしても、ステアリングホイール60の操作量δに応じて、車両10の向きを変えることが可能となる。無秩序送信現象を考慮するのであれば、ステアリングシステム14’のように、転舵ECU108A,転舵ECU108B,ブレーキECU52と、通信バス120’との間の通信が、通信バス120’からの情報の入手を可能としつつ、情報の通信バス120’への情報の流出を禁止するような一方向通信となるような構成を採用すればよい。
10:車両 12:車輪 14,14’:ステアバイワイヤ式のステアリングシステム 16:ハイブリッド式の車両駆動システム 18:ブレーキシステム 40:ハイブリッド電子制御ユニット(ハイブリッドECU) 52:ブレーキ電子制御ユニット(ブレーキECU) 60:ステアリングホイール〔操作部材〕 62:反力付与装置 64:転舵装置 68(68A,68B):転舵モータ 72:転舵アクチュエータ 96A,96B:モータ回転角センサ 98:転舵量センサ 102(102A,102B):反力モータ 104A,104B:モータ回転角センサ 106:操作量センサ〔操作情報取得装置] 108A,108B:転舵電子制御ユニット(転舵ECU)〔転舵制御装置〕 110A,110B:反力電子制御ユニット(反力ECU)〔反力制御装置〕 112:操作量電子制御ユニット(操作量ECU)〔操作情報取得装置〕 114S,114C,114δ:コンピュータ 118S,118C,118δ:入出力インターフェイス(I/O) 120,120’:通信バス 120a:第1通信バス 120b:第2通信バス 120c:第3通信バス 122:ゲートウェイ 124A:第1専用通信線 124B:第2専用通信線

Claims (15)

  1. 運転者によって操作される操作部材と、
    2系統に対応して2つの反力制御装置を有し、各系統において、前記操作部材の操作程度に関する情報である操作情報を取得するとともに、その操作情報に基づいて前記操作部材に操作反力を付与する2系統の反力付与装置と、
    2系統に対応して2つの転舵制御装置を有し、各系統において、前記操作情報に基づいて車輪を転舵する2系統の転舵装置と、
    前記反力付与装置とは別に、前記操作情報を取得する操作情報取得装置と
    前記転舵装置とは別に、車両の向きを変更可能な補助転舵装置と、
    1つが、前記2つの反力制御装置の一方と前記2つの転舵制御装置の一方とを互いに送受信可能に接続し、他の1つが、前記2つの反力制御装置の他方と前記2つの転舵制御装置の他方とを互いに送受信可能に接続する2本の専用通信線と、
    前記操作情報取得装置が少なくとも送信可能に接続され、かつ、前記2つの転舵制御装置および前記補助転舵装置がそれぞれ少なくとも受信可能に接続される第1通信バスと
    を備えたステアバイワイヤ式のステアリングシステム。
  2. 前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものが、前記第1通信バスに、送信不能に接続された請求項1に記載のステアリングシステム。
  3. 当該ステアリングシステムが、さらに、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備えた請求項1または請求項2に記載のステアリングシステム。
  4. 前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものが、前記第2通信バスに、送信不能に接続された請求項3に記載のステアリングシステム。
  5. 当該ステアリングシステムが、さらに、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備えた請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  6. 前記2つの反力制御装置のうちの1以上のものと、前記2つの転舵制御装置のうちの1以上のものとの少なくとも一方が、前記第3通信バスに、送信不能に接続された請求項5に記載のステアリングシステム。
  7. 当該ステアリングシステムが、さらに、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスと、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスと
    を備え、
    前記2つの転舵制御装置のうちの1つが、前記第1通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第1通信バスに送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に続され、かつ、
    前記2つの反力制御装置のうちの1つが、前記第2通信バスに送信不能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送受信可能に接続され、もう1つが、前記第2通信バスに、送受信可能に接続されるとともに、前記第3通信バスに送信不能に接続された請求項1ないし請求項6のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  8. 前記補助転舵装置が、
    前記当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられて、左右の車輪に独立して制動力を付与可能なブレーキシステムである請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  9. 前記2系統の転舵装置が、各系統において、車輪の転舵程度に関する情報である転舵情報を取得するように構成され、かつ、
    前記2系統の反力付与装置が、各系統において、前記転舵情報に基づいて、前記操作反力を制御するように構成された請求項1ないし請求項8のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  10. 前記2系統の反力付与装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、前記操作反力が制御されるように構成され、および/または、
    前記2系統の転舵装置が、各系統において、当該ステアリングシステムが配備される車両の走行速度に関する情報である車速情報に基づいて、車輪の転舵程度が制御されるように構成された請求項1ないし請求項9のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  11. 前記第1通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10に記載のステアリングシステム。
  12. 当該ステアリングシステムが、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第2通信バスを備え、その第2通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10または請求項11に記載のステアリングシステム。
  13. 当該ステアリングシステムが、
    前記2つの反力制御装置の各々と、前記2つの転舵制御装置の各々と、前記補助転舵装置とが接続される第3通信バスを備え、その第3通信バスに前記車速情報が流れるように構成された請求項10ないし請求項12のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  14. 前記車速情報が、当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられたブレーキ装置からの情報を含む請求項10ないし請求項13のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
  15. 前記車速情報が、
    当該ステアリングシステムが配備される車両に備えられた車両駆動システムからの情報を含む請求項10ないし請求項14のいずれか1つに記載のステアリングシステム。
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