JP2005053364A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置において、バッテリーの消耗により操舵不能に陥ることを防止し、確実にフェールセーフ機能を奏することができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】第１バッテリー５１により電力供給される操舵用モータ２と第２バッテリー５２により電力供給される予備操舵用モータ３０の動きを、操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪４に伝達可能な機構３を備える。操作部材１の操作に応じて操舵用モータ２を駆動する制御系により、操舵用モータ２の異常検知時に、操舵用モータ２に代えて予備操舵用モータ３０が操作部材１の操作に応じて駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、所謂ステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置におけるフェールセーフ機能の改良に関する。

ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては、操作部材を車輪に機械的に接続することなく、その操作部材の操作に応じて駆動される操舵用モータの動きを舵角が変化するように車輪に伝達している。

ステアバイワイヤシステムを採用した操舵装置においては操作部材と車輪が機械的に接続されていないため、操舵用モータの異常時に操舵不能に陥るのを防止するフェールセーフ機能が必要になる。そこで、予備の操舵用モータを設け、操舵用モータの異常時は予備の操舵用モータにより舵角を変化させることが考えられている（特許文献１参照）。
特開２０００−５３０１５号公報

上記のように予備の操舵用モータを設けたとしても、その予備の操舵用モータへの電力供給用バッテリーが消尽されてしまうと操舵用モータの異常時にフェールセーフ機能を奏することができない。

また、車両走行中にオルタネータ等の車載発電装置が故障することでエンジンが停止したような場合、慣性で走行する車両を路肩等の安全な停止場所まで導くための操舵機能を維持する必要がある。しかし、発電装置の故障によりバッテリーが急速に消尽されると、操舵用モータが正常であっても操舵機能を維持できなくなる。

上記のような問題は、バッテリーに操舵用モータだけでなく空調装置のような大きな負荷が接続されている場合に助長される。本発明は上記問題を解決することを目的とする。

本発明は、操舵用モータと、予備操舵用モータと、前記操舵用モータと前記予備操舵用モータの動きを、操作部材を車輪に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪に伝達可能な機構と、前記操舵用モータへの電力供給用第１バッテリーと、前記予備操舵用モータへの電力供給用第２バッテリーと、前記操作部材の操作に応じて前記操舵用モータを駆動する制御系とを備える車両用操舵装置に適用される。

本発明の一つの特徴は、前記操舵用モータの異常検知手段とを備え、前記操舵用モータの異常検知時に、前記操舵用モータに代えて前記予備操舵用モータが前記操作部材の操作に応じて前記制御系により駆動される点にある。
これにより、操舵用モータの異常時に予備操舵用モータを第２バッテリーからの電力供給により駆動することで確実にフェールセーフ機能を奏することができる。

本発明の別の一つの特徴は、車両走行中に車両走行用エンジンが停止したか否かを検知する手段と、前記第１バッテリーの消耗程度が設定以上か否かを検知する手段とを備え、車両走行中のエンジン停止と前記第１バッテリーの設定以上の消耗の検知時に、前記操舵用モータに代えて前記予備操舵用モータが前記操作部材の操作に応じて前記制御系により駆動される点にある。
これにより、車両走行中にオルタネータ等の車載発電装置が故障することでエンジンが停止したような場合、第１バッテリーの消耗程度が設定以上になるまでは第１バッテリーから電力供給される操舵用モータを駆動し、第１バッテリーの消耗程度が設定以上になると第２バッテリーから電力供給される予備操舵用モータを駆動することで、操舵機能を長時間にわたり維持することができる。

本発明は上記両特徴を兼ね備えているのが好ましい。

本発明においては、前記第１バッテリーは前記第２バッテリーよりも公称電圧が大きくされ、前記第１バッテリーに接続される前記操舵用モータを含む負荷は、前記第２バッテリーに接続される前記予備操舵用モータを含む負荷よりも大きくされているのが好ましい。
これにより、第１バッテリーに操舵用モータ以外の空調装置等の大きな負荷を接続することで、第２バッテリーによる予備操舵用モータの駆動時間を長くすることができる。

本発明によれば、操舵用モータにより舵角を変化させるステアバイワイヤシステムを採用した車両用操舵装置において、操舵用モータや車載発電装置の故障時にバッテリーの消耗により操舵不能に陥ることを防止し、確実にフェールセーフ機能を奏することができる。

図１に示す本発明の実施形態の車両用操舵装置は、操作部材１の回転操作に応じて駆動される操舵用モータ２の動きを、操作部材１を前部左右車輪４に機械的に連結することなく、ステアリングギヤ機構３により舵角変化が生じるように両車輪４に伝達する。これにより、所謂ステアバイワイヤシステムが構成され、操作部材１の操作量と車輪４の転舵量との比が可変とされている。

操作部材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。回転シャフト１０に操作トルクを発生する操作用モータ１９が接続されている。操作用モータ１９としては例えば公知の直流ブラシレスモータ等を採用でき、本実施形態では操作用モータ１９の出力シャフトが回転シャフト１０に一体化されている。

操舵用モータ２としては、例えば公知の直流ブラシレスモータを採用できる。本実施形態の操舵用モータ２は、図２に示すように、車体に取り付けられるハウジング５内に固定されるステータ２ａと、ハウジング５により軸受けを介して回転可能に支持されるロータ２ｂを有する。

ステアリングギヤ機構３は、ステアリングロッド３ａと、ステアリングロッド３ａに一体化されたボールスクリュー３ｂにボールを介してねじ合わされるボールナット３ｃを有する。ステアリングロッド３ａが操舵用モータ２のロータ２ｂに挿入され、ボールナット３ｃがロータ２ｂに同行回転するように連結され、これにより操舵用モータ２が駆動されることでステアリングロッド３ａは車両幅方向に移動する。ステアリングロッド３ａの動きがタイロッド８とナックルアーム９を介して車輪４に伝達されることで車輪４の転舵角が変化する。操舵用モータ２が駆動されていない状態では、前部左右車輪４はセルフアライニングトルクにより直進位置に復帰できるようにホイールアラインメントが設定されている。

ステアリングギヤ機構３は、予備操舵用モータ３０の動きを、操作部材１を車輪４に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪４に伝達する。すなわち、ステアリングロッド３ａにラック３ｄが一体成形され、ラック３ｄに噛み合うピニオン３ｅと同行回転する回転シャフト３ｆがハウジング５に軸受けを介して支持され、回転シャフト３ｆに減速ギヤ機構３ｇを介して予備操舵用モータ３０の回転が伝達される。これにより予備操舵用モータ３０が駆動されることでステアリングロッド３ａは車両幅方向に移動する。

操作部材１の操作量として中立位置からの操作角δｈを検出する角度センサ１１が設けられている。車輪４の転舵量として舵角δを検出する舵角センサ１３が設けられ、本実施形態では舵角δとして車輪４の転舵量に対応するステアリングロッド３ａの移動量を検出する。車速Ｖを検出する速度センサ１４が設けられている。操作部材１の操作トルクＴｈとして回転シャフト１０により伝達されるトルクを検出するトルクセンサ４４が設けられている。角度センサ１１、舵角センサ１３、速度センサ１４、およびトルクセンサ４４は制御装置２０に接続される。

制御装置２０は、操作部材１の操作に応じて駆動回路２２を介して操舵用モータ２を駆動する制御系を構成する。操舵用モータ２に駆動回路２２を介して電力供給用第１バッテリー５１が接続される。例えば、制御装置２０は操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の予め定められた関係を記憶し、目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用モータ２の駆動信号を出力する。その駆動信号に応じた電力が第１バッテリー５１から操舵用モータ２に供給される。その操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の関係は、例えば目標舵角δ^* が操作角δｈに比例すると共に、その比例定数が車速Ｖの関数であって車速Ｖが大きくなる程に目標舵角δ^* が小さくなるように設定される。なお、操舵用モータ２の制御方法は、操作部材１の操作に応じて舵角δが変化するように制御可能であれば特に限定されるものではない。

制御装置２０は駆動回路２３を介して操作用モータ１９を制御する。操作用モータ１９に駆動回路２３を介して電力供給用第１バッテリー５１が接続される。例えば、制御装置２０は操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標操作トルクＴｈ^* との間の予め定められた関係を記憶し、目標操作トルクＴｈ^* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように駆動回路２３を介して操作用モータ１９の駆動信号を出力する。その駆動信号に応じた電力が第１バッテリー５１から操作用モータ１９に供給される。その操作角δｈと車速Ｖと目標操作トルクＴｈ^* との間の関係は、例えば操作角δｈが大きく車速Ｖが小さくなる程に目標操作トルクＴｈ^* が大きくなるものとされる。これにより、操作部材１を中立位置に復帰させる方向の操作トルクが操作部材１に作用し、ドライバーに操作反力を作用させることができる。なお、操作用モータ１９の制御方法は操作角や車速に応じたものに限定されず、例えば車両のヨーレートや横加速度等の検知センサを設け、その検出値に応じた操作トルクを付与するように操作用モータ１９を制御してもよい。

操舵用モータ２の異常検知手段が設けられている。本実施形態の異常検知手段は制御装置２０により構成され、目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をモニターし、その偏差が設定時間以上にわたり設定値以上であれば操舵用モータ２の異常検知信号を生成する。なお、異常検知手段は操舵用モータ２の異常を検知できるものであれば構成は特に限定されない。

車両走行中に車両走行用エンジンが停止したか否かを検知するエンジン停止検知手段が設けられている。本実施形態のエンジン停止検知手段は、エンジンの点火装置への点火用電力供給の有無を検知する電流センサ１５と制御装置２０により構成される。車速Ｖが零でなく、車載発電装置の故障等によりエンジン点火用電力が供給されなくなった場合に、制御装置２０はエンジン停止検知信号を生成する。なお、エンジン停止検知手段は車両走行中にエンジンが停止したか否かを検知できるものであれば構成は特に限定されない。

第１バッテリー５１の消耗程度が設定以上か否かを検知するバッテリー消耗検知手段が設けられている。本実施形態のバッテリー消耗検知手段は、操舵用モータ２の駆動信号の出力時点から検出舵角δの変化時点までの応答時間をモニターし、その応答時間が予め定めた設定時間を超えればバッテリー消耗信号を生成する制御装置２０により構成される。なお、バッテリー消耗検知手段は第１バッテリー５１の消耗程度が設定以上か否かを検知できるものであれば構成は特に限定されないが、操舵用モータ２の駆動信号の出力に対する応答性の程度から判断するのが好ましい。

制御装置２０は、操舵用モータ２の異常検知時に、操舵用モータ２に代えて予備操舵用モータ３０を操作部材１の操作に応じて駆動回路２４を介して駆動する。また、制御装置２０は、車両走行中のエンジン停止と第１バッテリー５１の設定以上の消耗の検知時に、操舵用モータ２に代えて予備操舵用モータ３０を操作部材１の操作に応じて駆動回路２４を介して駆動する。予備操舵用モータ３０に駆動回路２４を介して電力供給用第２バッテリー５２が接続される。例えば、制御装置２０は操作部材１の操作角δｈと車速Ｖと目標舵角δ^* との間の予め定められた関係を記憶し、目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２４を介して予備操舵用モータ３０の駆動信号を出力する。その駆動信号に応じた電力が第２バッテリー５２から予備操舵用モータ３０に供給される。予備操舵用モータ３０の制御方法は操舵用モータ２の制御方法と同様であってもよいし異なるものであってもよい。

第１バッテリー５１は第２バッテリー５２よりも公称電圧が大きくされ、例えば第１バッテリー５１の公称電圧は４２Ｖとされ、第２バッテリー５２の公称電圧は１２Ｖとされる。第１バッテリー５１に接続される操舵用モータ２を含む負荷は、第２バッテリー５２に接続される予備操舵用モータ３０を含む負荷よりも大きくされている。例えば、第１バッテリー５１には操舵用モータ２以外に空調装置のような比較的大きな負荷が接続され、第２バッテリー５２には予備操舵用モータ３０以外にはランプ等の比較的小さな負荷が接続される。これにより、第１バッテリー５１と第２バッテリー５２が車載発電装置の故障等により充電を受けることがない場合において、第２バッテリー５２による予備操舵用モータ３０の駆動可能時間は、第１バッテリー５１による操舵用モータ２の駆動可能時間よりも長くされている。

図３に示すフローチャートは制御装置２０による操舵用モータ２と予備操舵用モータ３０と操作用モータ１９の制御手順を示す。まず各センサによる検出値を読み込み（ステップＳ１）、切替フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２において切替フラグがオンでなければ、上記のように目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２２を介して操舵用モータ２を第１バッテリー５１から供給される電力により駆動し（ステップＳ３）、目標操作トルクＴｈ^* と検出操作トルクＴｈとの偏差をなくすように駆動回路２３を介して操作用モータ１９を駆動し（ステップＳ４）、異常判定処理を行い（ステップＳ５）、制御維持フラグがオンか否かを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６において制御維持フラグがオンであればステップＳ１に戻り、制御維持フラグがオフであれば制御を終了するか否かを、例えばイグニッションスイッチがオフか否かにより判断し（ステップＳ７）、終了しない場合はステップＳ１に戻り、終了する場合は切替フラグをオフし（ステップＳ８）、制御維持フラグをオフし（ステップＳ９）、終了する。ステップＳ２において切替フラグがオンであれば、上記のように目標舵角δ^* と検出舵角δとの偏差をなくすように駆動回路２４を介して予備操舵用モータ３０を第２バッテリー５２から供給される電力により駆動し（ステップＳ１０）、ステップＳ４に進む。

図４は上記ステップＳ５における異常判定処理手順を示し、まず操舵用モータが異常か否かを判断し（ステップＳ１０１）、異常であれば切替フラグをオンし（ステップＳ１０２）、リターンする。ステップＳ１０１において操舵用モータが異常でなければ、車両が走行中か否かを判断し（ステップＳ１０３）、走行中でなければリターンし、走行中であればエンジン停止状態か否かを上記エンジン停止検知信号の有無から判断し（ステップＳ１０４）、エンジン停止状態でなければリターンし、エンジン停止状態であれば制御維持フラグをオンする（ステップＳ１０５）。次に、第１バッテリー５１の消耗程度が設定以上か否かを上記バッテリー消耗信号の有無から判断し（ステップＳ１０６）、消耗していなければリターンし、消耗していれば切替フラグをオンし（ステップＳ１０７）、リターンする。

上記実施形態によれば、操舵用モータ２の異常時に予備操舵用モータ３０を第２バッテリー５２からの電力供給により駆動することで確実にフェールセーフ機能を奏することができる。また、車両走行中にオルタネータ等の車載発電装置が故障することでエンジンが停止したような場合、第１バッテリー５１の消耗程度が設定以上になるまでは第１バッテリー５１から電力供給される操舵用モータ２を駆動し、第１バッテリー５１の消耗程度が設定以上になると第２バッテリー５２から電力供給される予備操舵用モータ３０を駆動することで、操舵機能を長時間にわたり維持することができる。さらに、第１バッテリー５１に空調装置等の大きな負荷を接続することで、第２バッテリー５２による予備操舵用モータ３０の駆動時間を長くすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば第２バッテリーには予備操舵用モータのみが接続されるようにし、第２バッテリーによる予備操舵用モータの駆動時間を可及的に長くしてもよい。また、操舵用モータと予備操舵用モータの動きを、操作部材を車輪に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪に伝達する機構の構成は特に限定されず、例えば、ステアリングロッドに形成されたラックに噛み合う一対のピニオンを設け、一方のピニオンを操舵用モータの出力シャフトに、他方のピニオンを予備操舵用モータの出力シャフトに取り付けるようにしてもよい。

本発明の実施形態の車両用操舵装置の構成説明図 本発明の実施形態の車両用操舵装置の部分構成説明図 本発明の実施形態の車両用操舵装置における操舵用モータと予備操舵用モータと操作用モータの制御手順を示すフローチャート 本発明の実施形態の車両用操舵装置における異常判定処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１ 操作部材
２ 操舵用モータ
３ ステアリングギヤ機構
４ 車輪
１１ 角度センサ
１３ 舵角センサ
１４ 速度センサ
１５ 電流センサ
２０ 制御装置
３０ 予備操舵用モータ
５１ 第１バッテリー
５２ 第２バッテリー

Claims (4)

1. 操舵用モータと、
   予備操舵用モータと、
   前記操舵用モータと前記予備操舵用モータの動きを、操作部材を車輪に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪に伝達可能な機構と、
   前記操舵用モータへの電力供給用第１バッテリーと、
   前記予備操舵用モータへの電力供給用第２バッテリーと、
   前記操作部材の操作に応じて前記操舵用モータを駆動する制御系と、
   前記操舵用モータの異常検知手段とを備え、
   前記操舵用モータの異常検知時に、前記操舵用モータに代えて前記予備操舵用モータが前記操作部材の操作に応じて前記制御系により駆動されることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 車両走行中に車両走行用エンジンが停止したか否かを検知するエンジン停止検知手段と、
   前記第１バッテリーの消耗程度が設定以上か否かを検知するバッテリー消耗検知手段とを備え、
   車両走行中のエンジン停止と前記第１バッテリーの設定以上の消耗の検知時に、前記操舵用モータに代えて前記予備操舵用モータが前記操作部材の操作に応じて前記制御系により駆動される請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 操舵用モータと、
   予備操舵用モータと、
   前記操舵用モータと前記予備操舵用モータの動きを、操作部材を車輪に機械的に連結することなく舵角変化が生じるように車輪に伝達可能な機構と、
   前記操舵用モータへの電力供給用第１バッテリーと、
   前記予備操舵用モータへの電力供給用第２バッテリーと、
   前記操作部材の操作に応じて前記操舵用モータを駆動する制御系と、
   車両走行中に車両走行用エンジンが停止したか否かを検知する手段と、
   前記第１バッテリーの消耗程度が設定以上か否かを検知する手段とを備え、
   車両走行中のエンジン停止と前記第１バッテリーの設定以上の消耗の検知時に、前記操舵用モータに代えて前記予備操舵用モータが前記操作部材の操作に応じて前記制御系により駆動されることを特徴とする車両用操舵装置。
4. 前記第１バッテリーは前記第２バッテリーよりも公称電圧が大きくされ、前記第１バッテリーに接続される前記操舵用モータを含む負荷は、前記第２バッテリーに接続される前記予備操舵用モータを含む負荷よりも大きくされている請求項１〜３の中の何れかに記載の車両用操舵装置。

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