JP2000052955A - 車両の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ステアリング系制御装置や操舵用アクチュエー
タが故障した場合のフェールセーフ機能を走行系制御装
置により奏し、コストの大幅削減を図れる車両の操舵装
置を提供する。 【解決手段】操作部材１を車輪４に機械的に連結するこ
となく、操作部材１の操作入力値に応じてステアリング
系制御装置20ａ、20ｂにより制御される操舵用アクチュ
エータ２により転舵角を変化させる。ステアリング系制
御装置20ａ、20ｂと操舵用アクチュエータ２の中の少な
くとも一方が故障状態である時、操舵用アクチュエータ
２の制御が解除され、操作入力値の変化量と車速の変化
量とヨーレートの目標変化量の間の関係から、検出され
た操作入力値の変化量と車速の変化量に対応するヨーレ
ートの目標変化量が求められる。そのヨーレートの目標
変化量から検出されたヨーレートの変化量を差し引いた
偏差をなくすように、走行系制御装置60により制動力が
制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ステアリングホイ
ール等の操作部材の操作に応じて駆動される操舵用アク
チュエータの動きを車輪に、その操作部材を車輪に機械
的に連結することなく、転舵角が変化するように伝達可
能な車両の操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステアリングホイールを車輪に機械的に
連結せずに転舵する車両においては、そのステアリング
ホイールの操作角に応じてステアリング系制御装置によ
り制御される操舵用アクチュエータの動きを車輪に伝達
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そのステアリング系制
御装置や操舵用アクチュエータに故障が生じた場合、操
作部材の操作に応じて転舵角を変化させることができな
くなる。

【０００４】そこで、バックアップ用のステアリング系
制御装置や操舵用アクチュエータを備える冗長システム
を採用することでフェールセーフを図ることが考えられ
る。しかし冗長システムの採用は製造コストが大幅に増
大するという問題がある。

【０００５】本発明は、上記問題を解決することのでき
る車両の操舵装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、操作部材の操
作入力値を検出する手段と、操舵用アクチュエータと、
その操舵用アクチュエータを検出された操作入力値に応
じて制御するステアリング系制御装置とを備え、その操
舵用アクチュエータの動きを車輪に、その操作部材を車
輪に機械的に連結することなく、転舵角が変化するよう
に伝達可能な車両の操舵装置に適用される。本発明は、
その操舵装置において、車速を検出する手段と、車両の
ヨーレートを検出する手段と、前記ステアリング系制御
装置と操舵用アクチュエータの中の少なくとも一方が故
障状態か否かを判断する手段と、車両の制動力を制御可
能な走行系制御装置と、操作入力値の変化量と車速の変
化量とヨーレートの目標変化量の間の関係を記憶する手
段とを有する。そのステアリング系制御装置と操舵用ア
クチュエータの中の少なくとも一方が故障状態である
時、その操舵用アクチュエータの制御が解除され、検出
された操作入力値の変化量と車速の変化量に対応するヨ
ーレートの目標変化量が前記記憶された関係に基づき求
められ、そのヨーレートの目標変化量から検出されたヨ
ーレートの変化量を差し引いた偏差をなくすように、前
記走行系制御装置により制動力が制御されることを特徴
とする。本発明の構成によれば、ステアリング系制御装
置と操舵用アクチュエータの中の少なくとも一方が故障
状態である時、操舵用アクチュエータの制御が解除され
るので、操舵用アクチュエータの誤動作による車両挙動
の不安定化が防止される。しかも、その故障状態におい
ては、操作入力値の変化と車速の変化に応じて走行系制
御装置により制動力を制御することで、車両のヨーレー
トを目標量だけ変化させることができる。これにより、
操舵用アクチュエータの制御が解除された状態でも、そ
のヨーレートの変化に基づき操作入力値に応じて転舵角
を変化させることができる。

【０００７】その操作入力値の変化量と車速の変化量と
ヨーレートの目標変化量の間の関係は、その操作入力値
の変化量と車速の変化量に応じて操舵用アクチュエータ
を制御すると共に車速を変化させた場合のヨーレートの
変化量が、そのヨーレートの目標変化量に一致するよう
に定められるのが好ましい。これにより、制動力の制御
によりヨーレートを変化させる場合に、操作入力値に応
じて操舵用アクチュエータの制御により転舵角を変化さ
せる場合と同様に、車両を操舵できる。

【０００８】前記ヨーレートの目標変化量から、検出さ
れたヨーレートの変化量を差し引いた偏差をなくすよう
に、前記走行系制御装置により車両の制動力と駆動力が
制御されるのが好ましい。カーブ走行状態においては、
駆動力の増加により、内輪の制動力を外輪の制動力より
も大きくした場合と同様のヨーレート変化を生じさせる
ことができ、駆動力の減少により、外輪の制動力を内輪
の制動力よりも大きくした場合と同様のヨーレート変化
を生じさせることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に示す車両の操舵装置は、ス
テアリングホイール（操作部材）１の回転操作に応じて
駆動される操舵用アクチュエータ２の動きを、ステアリ
ングギヤ３により転舵角が変化するように前部左右車輪
４に伝達することで、そのステアリングホイール１を車
輪４に機械的に連結することなく、車両を操舵できる。

【００１０】その操舵用アクチュエータ２は、例えば公
知のブラシレスモータ等の電動モータにより構成でき
る。そのステアリングギヤ３は、その操舵用アクチュエ
ータ２の出力シャフトの回転運動をステアリングロッド
７の直線運動に変換する運動変換機構を有する。そのス
テアリングロッド７の動きは、タイロッド８とナックル
アーム９を介して車輪４に伝達される。そのステアリン
グギヤ３は、公知のものを用いることができ、操舵用ア
クチュエータ２の動きを車輪４の転舵角に変換できれば
構成は限定されない。例えば、その操舵用アクチュエー
タ２の出力シャフトにより回転駆動されるボールナット
と、このボールナットにボールを介して螺合するボール
スクリューシャフトを有し、そのボールスクリューシャ
フトがステアリングロッド７に一体化されることで、操
舵用アクチュエータ２の動きを車輪４の転舵角に変換で
きる。なお、操舵用アクチュエータ２が駆動されていな
い状態では、車輪４がセルフアライニングトルクにより
直進操舵位置に復帰するようにホイールアラインメント
が設定されている。

【００１１】そのステアリングホイール１は、車体側に
より回転可能に支持される回転シャフト１０に連結され
ている。そのステアリングホイール１を操舵するのに要
する操舵反力を作用させるため、その回転シャフト１０
にトルクを付加する反力アクチュエータ１９が設けられ
ている。その反力アクチュエータ１９は、その回転シャ
フト１０と一体の出力シャフトを有するブラシレスモー
タ等の電動モータにより構成できる。

【００１２】ステアリングホイール１を直進操舵位置に
復帰させる方向の弾力を付与する弾性部材３０が設けら
れている。この弾性部材３０は、例えば、回転シャフト
１０に弾力を付与する渦巻きバネにより構成できる。上
記反力アクチュエータ１９が回転シャフト１０にトルク
を付加していない時、その弾力によりステアリングホイ
ール１は直進操舵位置に復帰する。

【００１３】ステアリングホイール１の操作入力値とし
て、その回転シャフト１０の回転角に対応する操作角δ
ｈを検出する角度センサ１１が設けられている。そのス
テアリングホイール１の操作トルクＴとして、その回転
シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルク
センサ１２が設けられている。

【００１４】その車輪４の転舵角δを検出する転舵角セ
ンサ１３が設けられ、本実施形態では、その操舵用アク
チュエータ２の出力に対応するステアリングロッド７の
作動量を検出するポテンショメータにより構成されてい
る。

【００１５】第１、第２、第３制御部２０ａ、２０ｂ、
２０ｃを有するステアリング系制御装置が設けられてい
る。各制御部２０ａ、２０ｂ、２０ｃはコンピュータに
より構成され、互いに接続される。その第１制御部２０
ａに、角度センサ１１、転舵角センサ１３、および車速
ｖを検出する速度センサ１４が接続される。その第２制
御部２０ｂに、転舵角センサ１３および操舵用アクチュ
エータ２が接続される。その第３制御部２０ｃにトルク
センサ１２、角度センサ１１、および反力アクチュエー
タ１９が接続される。

【００１６】車両の前後左右車輪４を制動するため、ブ
レーキペダル５１の踏力に応じた制動圧をマスターシリ
ンダ５２により発生させる。その制動圧は、制動圧制御
ユニット５３により増幅されると共に各車輪４のブレー
キ装置５４に分配され、各ブレーキ装置５４が各車輪４
に制動力を作用させる。その制動圧制御ユニット５３
は、コンピューターにより構成される走行系制御装置６
０に接続される。この走行系制御装置６０に、ステアリ
ング系制御装置の各制御部２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、
各車輪４それぞれの制動力を個別に検出する制動力セン
サ６１と、各車輪４それぞれの回転速度を個別に検出す
る車輪速センサ６２が接続される。この走行系制御装置
６０は、その車輪速センサ６２により検知される各車輪
４の回転速度と制動力検知センサ６１による検出値に応
じて、制動圧を増幅すると共に分配することができるよ
うに制動圧制御ユニット５３を制御する。これにより、
各車輪の制動力を個別に制御することが可能とされてい
る。また、制動圧制御ユニット５３は、ブレーキペダル
５１の操作がなされていない場合でも、走行系制御装置
６０からの信号に応じて内蔵するポンプにより制動圧を
発生することが可能とされ、その制動圧を走行系制御装
置６０からの信号に応じて各車輪４のブレーキ装置５４
に分配できる。

【００１７】また、その走行系制御装置６０に、車両の
ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１６、上記角
度センサ１１、速度センサ１４が接続されている。

【００１８】図２のフローチャートを参照して上記構成
による制御手順を説明する。まず、各センサによる検出
データが読み込まれる（ステップ１）。

【００１９】次に、第１〜第３制御部２０ａ、２０ｂ、
２０ｃの中の何れかが故障状態か否かを各制御部２０
ａ、２０ｂ、２０ｃにおいて判断する（ステップ２）。
例えば、第１〜第３制御部２０ａ、２０ｂ、２０ｃで同
一の演算を行い、その演算結果を互いに比較し、２者間
で演算結果が一致する場合、両者は正常であると判断す
る。その正常な演算結果と一致しない場合、その制御部
は故障状態であると判断する。なお、各制御部２０ａ、
２０ｂ、２０ｃの演算結果が全て互いに異なる場合、全
制御部２０ａ、２０ｂ、２０ｃが故障状態であると判断
する。

【００２０】ステップ２において各制御部２０ａ、２０
ｂ、２０ｃの何れも故障状態でない場合、操舵用アクチ
ュエータ２が故障状態か否かが第１制御部２０ａにより
判断される（ステップ３）。例えば、今回の制御サイク
ルにおける検出転舵角δと、前回の制御サイクルにおけ
る後述のステップ５で演算された目標転舵角δ^* との偏
差が、予め設定した値を超える時は故障状態であると判
断できる。

【００２１】ステップ３において操舵用アクチュエータ
２が故障状態でない場合、操作反力として目標操作トル
クＴ^* を付与できるように反力アクチュエータ１９を制
御する（ステップ４）。本実施形態では、その目標操作
トルクＴ^* は操作角δｈの関数Ｋ１とされ、その関数は
予め定められて第３制御部２０ｃに記憶される。この関
数に基づき検出操作角δｈに応じて目標操作トルクＴ^*
を演算する。その目標操作トルクＴ^* から検出操作トル
クＴを差し引いた偏差をなくすように、反力アクチュエ
ータ１９が第３制御部２０ｃにより制御される。

【００２２】次に、転舵角を目標値δ^* にすることがで
きるように操舵用アクチュエータ２を制御する（ステッ
プ５）。本実施形態では、その目標転舵角δ^* は操作入
力値である操作角δｈの関数Ｋ２とされ、その関数は予
め定められて第１制御部２０ａに記憶される。この関数
に基づき検出操作角δｈに応じて目標転舵角δ^* が演算
され、その目標転舵角δ^* は第２制御部２０ｂに送られ
る。その目標転舵角δ^* から検出転舵角δを差し引いた
偏差をなくすように、操舵用アクチュエータ２が第２制
御部２０ｂにより制御される。なお、検出操作角δｈに
代えて検出操作トルクＴを操作入力値とし、目標転舵角
δ^* を操作トルクＴの関数とし、検出操作トルクＴから
目標転舵角δ^* を演算するようにしてもよい。

【００２３】次に、制御を終了するか否かを、例えば車
両のエンジン始動用キースイッチのオン・オフに基づき
判断し（ステップ６）、終了しない場合はステップ１に
戻る。

【００２４】ステップ２において各制御部２０ａ、２０
ｂ、２０ｃの中の何れかが故障状態である場合、例えば
ブザーやランプ等により警告を発し（ステップ７）、ド
ライバーに故障状態であることを認識させる。

【００２５】さらに、第３制御部２０ｃによる反力アク
チュエータ１９の制御を解除し（ステップ８）、ドライ
バーに操舵反力が付与されないようにする。これによ
り、ドライバーに故障状態であることを認識させる。そ
の制御の停止は、第３制御部２０ｃが自身への電力供給
を切断することで行ったり、他の制御部から第３制御部
２０ｃへの電力供給の切断信号を出力することで行って
もよい。

【００２６】次に、故障状態であるのが、操舵用アクチ
ュエータ２を介して転舵角δを制御する上で必要な構成
要素である第１制御部２０ａおよび第２制御部２０ｂの
中の何れかであるのか否かが判断される（ステップ
９）。

【００２７】ステップ９において、第１制御部２０ａお
よび第２制御部２０ｂの何れも故障状態でない場合、ス
テップ３に戻る。この場合、第３制御部２０ｃが故障状
態であるが、ステップ８において反力アクチュエータ１
９の制御が解除されているので反力の制御不良を防止で
きる。

【００２８】ステップ９において、第１制御部２０ａお
よび第２制御部２０ｂの中の何れかが故障状態である場
合、操舵用アクチュエータ２の制御を解除する（ステッ
プ１０）。その制御の解除は、第１制御部２０ａおよび
第２制御部２０ｂが自身への電力供給を切断することで
行ったり、また、正常状態の制御部から電力供給の切断
信号を出力することで行ってもよい。

【００２９】次に、走行系制御装置６０により、ヨーレ
ートγの変化量Δγ、操作角δｈの変化量Δδｈ、車速
ｖの変化量Δｖを求める（ステップ１１）。各変化量Δ
γ、Δδｈ、Δｖは、今回の制御サイクルにおける検出
値γ、δｈ、ｖから前回の制御サイクルにおける検出値
γｏ、δｈｏ、ｖｏを差し引いた偏差により求めること
ができる。

【００３０】次に、ステップ１１において求めた操作角
の変化量Δδｈと車速の変化量Δｖに対応するヨーレー
トの目標変化量Δγ^* を、各変化量Δδｈ、Δｖ、Δγ
^* の間の関係に基づき走行系制御装置６０により求める
（ステップ１２）。その操作角の変化量Δδｈと車速の
変化量Δｖとヨーレートの目標変化量Δγ^* との間の関
係は予め定められて走行系制御装置６０により記憶され
る。その関係は、その操作角の変化量Δδｈと車速の変
化量Δｖに応じて操舵用アクチュエータ２を制御すると
共に車速を変化させた場合のヨーレートの変化量Δγ
が、そのヨーレートの目標変化量Δγ^* に一致するよう
に定められる。例えば、図４に示すように、車両１００
が破線で示す経路を進行するためにカーブ走行する状態
においては、車両１００のヨーレートγは図中矢印Ａで
示すヨーモーメントに対応する。この状態において、第
１、第２制御部２０ａ、２０ｂあるいは操舵用アクチュ
エータ２の故障により操舵用アクチュエータ２の制御が
解除された場合、車両１００が破線で示す経路を進行す
るためには、矢印Ｂで示すヨーモーメントを打ち消すヨ
ーモーメントを制動力の制御により作用させる必要があ
る。その矢印Ｂで示すヨーモーメントを打ち消すモーメ
ントを作用させるため、ヨーレートγの目標変化量Δγ
^* が求められる。より具体的な例として、そのカーブ走
行時に操舵用アクチュエータ２の制御が解除された場合
に車速ｖと操作角δｈに変化がなければ、ヨーレートγ
の目標変化量Δγ^* は零とされ、この場合、そのヨーレ
ートγを維持するために制動力の制御により矢印Ａで示
すヨーモーメントを発生させる。

【００３１】次に、そのヨーレートの目標変化量Δγ^*
からステップ１１におけるヨーレートの変化量Δγを差
し引いた偏差をなくすように、制動圧制御ユニット５３
を介して走行系制御装置６０により制動力を制御する
（ステップ１３）。例えば、図４において矢印Ａで示す
ヨーモーメントを制動力の制御により発生させる場合、
内輪の制動力を外輪の制動力よりも大きくする。しかる
後に、制御を終了するか否かを判断する。

【００３２】ステップ３において操舵用アクチュエータ
２が故障状態である場合、警告が発せられ（ステップ１
４）、反力アクチュエータ１９の制御が解除され（ステ
ップ１５）、ステップ１０において操舵用アクチュエー
タ２の制御が解除される。

【００３３】上記構成によれば、ステアリング系制御装
置と操舵用アクチュエータ２の中の少なくとも一方が故
障状態である時、操舵用アクチュエータ２の制御が解除
されるので、操舵用アクチュエータ２の誤動作による車
両挙動の不安定化が防止される。しかも、その故障状態
においては、操作角δｈの変化と車速ｖの変化に応じて
走行系制御装置６０により制動力を制御することで、車
両のヨーレートγを目標量だけ変化させることができ
る。これにより、操舵用アクチュエータ２の制御が解除
された状態でも、ドライバーが故障に気付いて車両を停
車させる迄の間は、操作角δｈに応じた制動力の制御に
基づき転舵角を暫定的に制御できる。また、制動力の制
御によりヨーレートγを変化させる場合に、操作角δｈ
に応じて操舵用アクチュエータ２の制御により転舵角を
変化させる場合と同様に、車両を操舵できる。

【００３４】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、カーブ走行状態において、走行系制御装置により
車両のエンジンスロットルの開度を制御することで、制
動力だけでなく駆動力も制御し、ヨーモーメントを発生
させるようにしてもよい。これにより、カーブ走行状態
においては、駆動力の増加により、内輪の制動力を外輪
の制動力よりも小さくした場合と同様のヨーレート変化
を生じさせることができ、例えば図４において矢印Ａで
示すヨーモーメントを増加させることができ、また、駆
動力の減少により、外輪の制動力を内輪の制動力よりも
大きくした場合と同様のヨーレート変化を生じさせるこ
とができ、例えば図４において矢印Ｂで示すヨーモーメ
ントを増加させることができる。また、操作部材は回転
操作されるステアリングホイールに限定されず、例え
ば、操作入力値が操作トルクに対応する場合、回転しな
いように車体に取り付けられるハンドルを用いることが
できる。また、ステアリング系制御装置と操舵用アクチ
ュエータ以外のステアリング系制御システムの構成要
素、例えば転舵角センサが故障状態か否かを判断し、故
障状態である時は、ステアリング系制御装置や操舵用ア
クチュエータが故障状態である場合と同様に操舵用アク
チュエータの制御を解除して制動力を制御してもよい。
なお、そのような転舵角センサの故障検知は、複数のセ
ンサにより同一変量を検出し、各センサの検出値を比較
することで行える。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、操作部材を車輪に機械
的に連結することなく、ステアリング系制御装置により
制御される操舵用アクチュエータにより転舵角を変化さ
せる車両の操舵装置において、そのステアリング系制御
装置や操舵用アクチュエータが故障した場合のフェール
セーフ機能を、走行系制御装置により奏することができ
るので、コストの大幅削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の車両の操舵装置の構成説明
図

【図２】本発明の実施形態の車両の操舵装置の制御手順
を示すフローチャート

【図３】本発明の実施形態の車両の操舵装置の制御手順
を示すフローチャート

【図４】本発明の実施形態の車両の操舵装置の作用説明
図

【符号の説明】

１ ステアリングホイール ２ 操舵用アクチュエータ ４ 車輪 １１ 角度センサ １４ 速度センサ １６ ヨーレートセンサ ２０ａ 第１制御部 ２０ｂ 第２制御部 ６０ 走行系制御装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６２Ｄ 113:00 (72)発明者 高松 孝修 大阪府大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC34 CC35 CC48 DA03 DA04 DA15 DA23 DA33 DD02 DE09 EA01 EB04 EB11 EB12 EB16 EC22 EC29 FF01 FF07 GG01 3D041 AA40 AA71 AA80 AB01 AD00 AD51 AE00 AE41 AF01 3D045 BB01 BB40 GG00 GG26 GG27 3D046 BB01 BB32 GG10 HH00 HH08 HH22 MM13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作部材の操作入力値を検出する手段
   と、操舵用アクチュエータと、その操舵用アクチュエー
   タを検出された操作入力値に応じて制御するステアリン
   グ系制御装置を備え、その操舵用アクチュエータの動き
   を車輪に、その操作部材を車輪に機械的に連結すること
   なく、転舵角が変化するように伝達可能な車両の操舵装
   置において、 車速を検出する手段と、 車両のヨーレートを検出する手段と、 前記ステアリング系制御装置と操舵用アクチュエータの
   中の少なくとも一方が故障状態か否かを判断する手段
   と、 車両の制動力を制御可能な走行系制御装置と、 操作入力値の変化量と車速の変化量とヨーレートの目標
   変化量の間の関係を記憶する手段とを有し、 そのステアリング系制御装置と操舵用アクチュエータの
   中の少なくとも一方が故障状態である時、その操舵用ア
   クチュエータの制御が解除され、検出された操作入力値
   の変化量と車速の変化量に対応するヨーレートの目標変
   化量が前記記憶された関係に基づき求められ、そのヨー
   レートの目標変化量から検出されたヨーレートの変化量
   を差し引いた偏差をなくすように、前記走行系制御装置
   により制動力が制御されることを特徴とする車両の操舵
   装置。
2. 【請求項２】 その操作入力値の変化量と車速の変化量
   とヨーレートの目標変化量の間の関係は、その操作入力
   値の変化量と車速の変化量に応じて操舵用アクチュエー
   タを制御すると共に車速を変化させた場合のヨーレート
   の変化量が、そのヨーレートの目標変化量に一致するよ
   うに定められる請求項１に記載の車両の操舵装置。
3. 【請求項３】 前記ヨーレートの目標変化量から、検出
   されたヨーレートの変化量を差し引いた偏差をなくすよ
   うに、前記走行系制御装置により車両の制動力と駆動力
   が制御される請求項１または２に記載の車両の操舵装
   置。