JP6533772B2

JP6533772B2 - 操舵装置

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Publication number: JP6533772B2
Application number: JP2016231425A
Authority: JP
Inventors: 片山　博貴; 博貴片山; 恭史植田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: CN108116488A; CN108116488B; JP2018086943A; US10351165B2; US20180148088A1

Description

本開示は、操舵部材側の操舵部と操舵車輪側の転舵部とを接続状態と切断状態とに切り替え可能な操舵装置に関する。

運転者による操向部材（操舵部材）の操作入力が生じる反力付与装置（操舵部）に操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータと、操舵車輪を転舵するための転舵装置（転舵部）に転舵トルクを付与する転舵アクチュエータと、反力付与装置と転舵装置との間を機械的な結合状態にし、又は切離状態にする動作を行う連結装置（クラッチ）と、連結装置、操舵反力アクチュエータ、及び、転舵アクチュエータ等の動作制御を行う制御部とを備える車両用操舵装置が知られている（特許文献１）。この車両用操舵装置では、制御部が、連結装置が切離状態にある場合に、操向部材の操作状態に応じた転舵角となるように転舵アクチュエータを駆動すると共に、転舵装置の転舵状態に応じた操舵反力を付与するように操舵反力アクチュエータを駆動するステアバイワイヤモードで制御を実行する。

ステアバイワイヤ式の操舵装置は、反力アクチュエータの異常時、反力アクチュエータ駆動電流を０とし、クラッチを締結して操舵部と転舵部とを機械的に連結し、バックアップモード（電動パワーステアリングモード）へ移行することで、転舵機能を維持している。このような反力アクチュエータの異常検出からバックアップモードへ移行するまでの過渡状態において、ドライバの意図しない操舵オーバーシュート、操向輪の変位量及び車両の軌跡のずれを最小限に抑えることを目的とした車両用操舵装置が公知である（特許文献２）。この車両用操舵装置では、操舵制御手段が、反力アクチュエータの異常が検出されてから少なくとも異常と確定するまでの間、転舵アクチュエータへの制御指令を一定値に保持する保持転舵制御を実行し、反力アクチュエータの異常と確定した場合、操作入力手段の操作方向と操向輪の転舵方向とが一致しない時は、保持転舵制御を中止し、クラッチにより操作入力手段と操向輪とが機械的に連結されるまでの間、操作入力手段の操作量に基づき転舵アクチュエータを駆動制御して操向輪を転舵する連結時転舵制御を実行する。

特許第５８４０１６８号公報特許第４６３５７２０号公報

ところで、操舵装置の故障は反力アクチュエータの異常に限られず、操舵装置に関連する様々なデバイスに生じる様々な態様の故障が考えられる。ここで、そのようなデバイスの故障時における制御に、特許文献２に記載の制御方法を適用することが考えられる。しかしながらその場合には、異常確定からバックアップモードへ移行するまでの過渡状態において、転舵アクチュエータに対しては制御指令が出されるが、反力アクチュエータに対しては制御指令が出されない。そのため、クラッチにより操作入力手段と操向輪とが機械的に連結される際の衝撃が操向部材に伝わり、操向部材を握る運転者が違和感を覚える虞がある。

本発明は、このような背景に鑑み、操舵装置に関連するデバイスの故障時に運転者が覚える違和感を軽減できる操舵装置を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、運転者による操舵部材（１１）への操舵入力に対して反力を付与する反力アクチュエータ（２５）を有する操舵部（１０Ａ）と、前記操舵部材の操舵トルク（Ｎ）を検出する操舵トルク検出手段（３２）と、前記操舵部材の操舵量（θ）を検出する操舵量検出手段（３１）と、前記操舵部から機械的に切り離された操舵車輪（３）を転舵する転舵アクチュエータ（２８）を有する転舵部（１０Ｂ）と、前記操舵部と前記転舵部とを機械的に結合する接続状態と機械的に切り離す切断状態とに切り替えるクラッチ（２０、１２０）と、前記反力アクチュエータ、前記転舵アクチュエータ及び前記クラッチを駆動制御する制御手段（４０）とを備える車両（１）の操舵装置（１０）であって、当該操舵装置に関連するデバイスの故障を判定する故障判定手段（４５）を更に備え、前記制御手段は、前記クラッチを前記切断状態にして、前記操舵量に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御（転舵角制御）すると共に、操舵反力トルクを発生させるように前記反力アクチュエータを駆動制御（反力制御）するステアバイワイヤモードと、前記クラッチを前記接続状態にして、前記操舵トルクに応じたアシストトルクが発生するように前記転舵アクチュエータ又は前記反力アクチュエータを駆動制御（アシスト制御）する電動パワーステアリングモードとを少なくとも有し、前記制御手段は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、前記ステアバイワイヤモードを停止して、転舵角（Θ）を一定に保つように前記転舵アクチュエータを駆動制御（位置保持制御）すると共に（ステップＳＴ５、時点ｔ_３）、前記クラッチを前記切断状態から前記接続状態に切り替え（ステップＳＴ４、時点ｔ_３）、前記クラッチの接続動作が完了する前（時点ｔ_５前）に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータに対する駆動制御（アシスト制御）を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）。

この構成によれば、故障判定手段によって故障が判定された場合、クラッチの接続動作が完了する前に、電動パワーステアリングモードで反力アクチュエータに対する駆動制御が開始されるため、クラッチが切断状態から接続状態に切り替わる際の衝撃が、反力アクチュエータによって吸収される。そのため、操舵部材に伝わる衝撃が軽減され、操舵部材を握る運転者に与える違和感が軽減する。

本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記制御手段（４０）は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段（４５）によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、前記クラッチ（２０、１２０）の接続動作が開始される前（時点ｔ_４前）に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータ（２５）に対する駆動制御（アシスト制御）を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）ことを特徴とする。

この構成によれば、故障判定手段によって故障が判定された場合、クラッチの接続動作が開始される前に、電動パワーステアリングモードで反力アクチュエータに対する駆動制御が開始されるため、クラッチが切断状態から接続状態に切り替わる際の衝撃が、より確実に反力アクチュエータによって吸収される。

本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記制御手段（４０）は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段（４５）によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、前記クラッチ（２０、１２０）に対する接続指令の出力（通電を停止）と同時（時点ｔ_３）に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータ（２５）に対する駆動制御（アシスト制御）を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）ことを特徴とする。

この構成によれば、故障判定手段によって故障が判定された場合、クラッチに対する接続指令が出力される前に、電動パワーステアリングモードで反力アクチュエータに対する駆動制御が開始されるため、クラッチが切断状態から接続状態に切り替わる際の衝撃が、より確実に反力アクチュエータによって吸収される。

本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記制御手段（４０）は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段（４５）によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、前記クラッチ（２０、１２０）の接続動作が完了した後（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ、時点ｔ_５後）に、前記転舵アクチュエータ（２８）に対する前記転舵角（Θ）を一定に保つための駆動制御（位置保持制御）を停止する（ステップＳＴ８、時点ｔ_６）ことを特徴とする。

この構成によれば、反力アクチュエータにより軽減された衝撃が操舵部材に伝わった後には、転舵アクチュエータ又は前記反力アクチュエータによって操舵トルクに応じたアシストトルクが発生する。これにより、故障判定手段によって故障が判定された後の操向性能が確保される。

このように本発明によれば、操舵装置に関連するデバイスの故障時に運転者が覚える違和感を軽減できる操舵装置を提供することができる。

実施形態に係る車両の前部の概略構成を透視して示す斜視図図１に示されるクラッチの（Ａ）接続状態、（Ｂ）切断状態をそれぞれ示す断面図図１に示される制御装置の機能ブロック図図３に示される制御装置がＳＢＷモード実行中に行う制御手順を示すフローチャート図４に示される制御手順に従った１つの制御例を示すタイムチャート他の実施形態に係るクラッチの断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る車両１の前部の概略構成を透視して示す斜視図である。車両１は、サスペンションを介して車体２に懸架された左右の前輪３を操舵車輪とする４輪自動車である。車体２の前部にはエンジンルームが形成され、エンジンルームの後方に車室が形成されている。エンジンルームには、走行駆動力を発生するエンジン４が搭載される。車室の前部左側に運転席が設けられ、運転席と前輪３との間に、前輪３を操舵するためのステアリング装置１０が設けられている。

ステアリング装置１０は、運転席の前方に配置され、運転者による操舵操作が入力される操舵部材であるステアリングホイール１１を有している。ステアリングホイール１１には、ステアリングシャフト１２が前方へ延びるように一体に設けられ、ステアリングシャフト１２はステアリングコラム１３により回転自在に車体２に取り付けられている。ステアリングシャフト１２の下端には、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤボックス１４が連結されており、ステアリングホイール１１の操作に応じてラックが左右に移動することにより、左右の前輪３が左右に転舵される。

また、ステアリングシャフト１２の下端近傍にはクラッチ２０が介装されている。クラッチ２０は、それよりも上方のステアリングホイール１１側の操舵部１０Ａと、それよりも下方のステアリングギヤボックス１４側の転舵部１０Ｂとを、機械的に結合する接続状態と機械的に切り離す切断状態とに切り替え可能な連結部である。

図２（Ａ）は、接続状態のクラッチ２０の断面図を、図２（Ｂ）は、切断状態のクラッチ２０の断面図をそれぞれ示している。クラッチ２０は、操舵部１０Ａ側のステアリングシャフト１２（以下、操舵軸という。）と転舵部１０Ｂ側のステアリングシャフト１２（以下、転舵軸という。）との一方の端部に設けられた円筒部材２１と、操舵軸と転舵軸との他方の端部に設けられ、円筒部材２１の内部に同軸に配置されるカム部材２２と、円筒部材２１とカム部材２２との間に設けられた切替機構２３と、切替機構２３を円筒部材２１の軸方向に駆動する電磁ソレノイド２４とを備えた公知の構成のものである。以下に、クラッチ２０の構造及び動作を簡単に説明する。詳細な構造や動作については、特許第５８４０１６８号を参照されたい。

転舵軸は、軸受を介してクラッチケース２０ａに対し回転自在に支持され、操舵軸は、軸受を介してクラッチケース２０ａに回転自在に支持されると共に、軸受を介して転舵軸に回転自在に支持されている。カム部材２２は、操舵軸の放射方向に直交する３つのカム面２２ａを有するように、頂点部分が面取りされた略三角柱形状に形成されている。

切替機構２３は、カム部材２２の周りに間隔を置いて設けられる６個のローラ２３ａと、互いに隣接する２つ１組のローラ２３ａごとに、２つのローラ２３ａ間に設けられる３つのばね２３ｂと、互いに隣接する２つ１組のローラ２３ａ間に挿入・離脱可能に設けられるくさび形状の３つの切り替え爪部２３ｃ（図２（Ｂ））とを有して構成される。２つ１組のローラ２３ａは、カム部材２２のカム面２２ａごとにカム面２２ａに接触するように配置される。ばね２３ｂは、圧縮コイルばねであり、両側に位置する２つのローラ２３ａを互いに離反させる方向に付勢する。３つの切り替え爪部２３ｃは、一体に構成され、カム部材２２が設けられた側の操舵軸又は転舵軸に軸方向に摺動可能に設けられている。３つの切り替え爪部２３ｃは、図示しないばねによって２つ１組のローラ２３ａ間から離脱する方向に付勢されている。

電磁ソレノイド２４は、切り替え爪部２３ｃを操舵軸又は転舵軸に対して軸方向に沿って往復移動させるようにクラッチケース２０ａに設けられている。電磁ソレノイド２４のコイルに通電されていない状態では、図２（Ａ）に示されるように、複数の切り替え爪部２３ｃはばねの付勢力によって互いに隣接する２つ１組のローラ２３ａ間から離脱している。そのため、ばね２３ｂによって付勢された各ローラ２３ａがカム面２２ａ及び円筒部材２１の内面に接触し、これらの面にくさび状に係合することで、転舵軸と操舵軸とが相対回転不能になる。即ち、クラッチ２０が転舵軸と操舵軸とを機械的に結合した接続状態となっている。

一方、電磁ソレノイド２４のコイルに通電された状態では、図２（Ｂ）に示されるように、電磁ソレノイド２４が複数の切り替え爪部２３ｃを互いに隣接する２つ１組のローラ２３ａ間に挿入させる。すると、２つ１組のローラ２３ａのそれぞれは、くさび状の３つの切り替え爪部２３ｃによってカム面２２ａに沿って互いに近接する向きに駆動される。これにより、各ローラ２３ａが円筒部材２１の内面から離隔し、転舵軸と操舵軸とが相対回転可能になる。即ち、クラッチ２０が転舵軸と操舵軸とを機械的に切り離した切断状態になる。

図１に示されるように、ステアリングシャフト１２のクラッチ２０よりも上の部分（操舵軸）には、クラッチ２０が切断状態にある時に、ステアリングホイール１１の操作に応じた反力トルクをステアリングシャフト１２に付与する反力アクチュエータ２５が取り付けられている。反力アクチュエータ２５は、電気モータからなる反力モータ２６を備え、反力モータ２６の回転トルクを、ステアリングシャフト１２を介してステアリングホイール１１に伝達するように構成されている。

反力モータ２６には、モータコイルの両端に公知のブリッジ回路が接続されており、ブリッジ回路上のスイッチング素子のオン・オフが切り替えられることによって、反力モータ２６及び抵抗器を含む閉回路が構成され、反力モータ２６が外力に対する回転抵抗を生じさせる電磁ブレーキとして機能するようになっている。反力モータ２６が電磁ブレーキとして機能する時は、反力モータ２６がロータの回転速度に応じたブレーキトルクを発生し、このブレーキトルクが操舵反力トルクとして反力アクチュエータ２５からステアリングシャフト１２へ作用する。

ステアリングギヤボックス１４には、クラッチ２０が切断状態にある時に、ステアリングホイール１１の操作に応じた転舵トルクをラックに付与する転舵アクチュエータ２８が取り付けられている。転舵アクチュエータ２８は、電気モータからなる転舵モータ２９を備え、転舵モータ２９の回転トルクを推力としてラックに伝達するように構成されている。

クラッチ２０が接続状態にある時には、反力アクチュエータ２５及び転舵アクチュエータ２８の少なくとも一方が、ステアリングホイール１１の操作に応じたアシストトルクをステアリングシャフト１２又はラックに付与する。また、クラッチ２０が接続状態にある時は、ステアリングホイール１１が運転者により操作されると、前輪３が一定の関係でステアリングホイール１１の操舵角θと対応する転舵角Θに転舵される。

一方、クラッチ２０が切断状態にある時は、ステアリングホイール１１が運転者により操作されると、前輪３が車速Ｖ等に応じて設定された所定の関係でステアリングホイール１１の操舵角θと対応する転舵角Θへと転舵アクチュエータ２８により転舵される。即ち、ステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１から機械的に切り離された前輪３を転舵アクチュエータ２８によって転舵するステアバイワイヤ装置として構成されている。ステアリングホイール１１には、運転者の操舵入力に対する反力が反力アクチュエータ２５によって与えられる。

ステアリングシャフト１２の上端部には、ステアリングホイール１１の操舵角θを検出する操舵角センサ３１が設けられ、ステアリングシャフト１２の反力アクチュエータ２５よりも上方の部分には、ステアリングホイール１１の操舵トルクＮを検出するトルクセンサ３２が設けられている。ステアリングギヤボックス１４には、ピニオンの回転角Ｐθを検出するピニオン角センサ３３が設けられている。反力アクチュエータ２５には、反力モータ２６の回転角Ｍθを検出する回転角センサ３４（レゾルバ）が設けられている。転舵アクチュエータ２８には、ラックのストロークＳを検出するストロークセンサ３５が設けられている。また、車両１の適所には、車速Ｖを検出する車速センサ３６が設けられている。これらセンサ（３１〜３６）の検出信号は、車両１の適所に設けられた制御装置４０に入力される。

ピニオン角センサ３３が検出するピニオンの回転角Ｐθ、及びストロークセンサ３５が検出するラックのストロークＳは、それぞれ一定の関係で前輪３の転舵角Θと対応している。ピニオンの回転角Ｐθ及びラックのストロークＳの少なくとも一方は、制御装置４０によって転舵角Θに変換される。即ち、ピニオン角センサ３３及びストロークセンサ３５は、前輪３の転舵角Θを検出する転舵角検出手段である。上記のように、転舵角Θは、クラッチ２０が接続状態にある時は、操舵角θと一定の関係で対応し、クラッチ２０が切断状態にある時は、後述する制御装置４０の制御により、車速Ｖ等に応じた所定の関係で操舵角θと対応した値になる。

図３は、制御装置４０の機能ブロック図である。制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を含む電子回路ユニットにより構成される。上記のように、制御装置４０には、操舵角センサ３１、トルクセンサ３２、ピニオン角センサ３３、回転角センサ３４、ストロークセンサ３５及び車速センサ３６からそれぞれ信号が入力される。制御装置４０は、機能部として、エンジン４の停止及び再始動を制御するアイドルストップ制御部４１と、クラッチ２０の切替動作を制御するクラッチ制御部４２と、反力アクチュエータ２５を駆動制御する反力アクチュエータ制御部４３と、転舵アクチュエータ２８を駆動制御する転舵アクチュエータ制御部４４と、ステアリング装置１０に関連する各種デバイスの故障を判定する故障判定部４５とを備えている。

アイドルストップ制御部４１は、エンジン４を、所定の停止条件が成立した時に停止させ、所定の再始動条件が成立した時に再始動させるアイドルストップ制御を行う。エンジン４を停止させる停止条件には、イグニッションスイッチがオン状態であることや、車速Ｖが０よりも大きな第１の値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以下であること、エンジン回転数が所定値以上であること、ステアリングホイール１１の操舵角θの絶対値が所定値以下であること、アクセル開度がほぼ０であること、シフトポジションがＰ、Ｒ、Ｎレンジ以外であること、ブレーキスイッチがオン状態であること、バッテリ残量が所定値以上であること等がある。アイドルストップ制御部４１は、これらの停止条件の全てが成立したことをもってエンジン４を停止させる。一方、エンジン４を再始動する再始動条件には、例えば、アイドルストップ中にブレーキスイッチがオフ状態になったことや、アクセル開度が所定値以上になったこと、シフトポジションがＮ、Ｒ又はＬレンジになったこと、バッテリ残量が所定値以下になったこと等がある。アイドルストップ制御部４１は、これらの再始動条件のうちの少なくとも１つが成立したことをもってエンジン４を再始動させる。

クラッチ制御部４２は、通常時、エンジン４が運転者の操作によって始動すると、電磁ソレノイド２４に励磁電流を供給（通電）してクラッチ２０を切断状態にし、エンジン４が運転者の操作によって停止されると、電磁ソレノイド２４への通電を停止する。クラッチ制御部４２は、アイドルストップ制御部４１がエンジン４を停止させているアイドルストップの間も、電磁ソレノイド２４への通電を継続してクラッチ２０を切断状態に維持する。クラッチ制御部４２による電磁ソレノイド２４への通電の開始は、クラッチ制御部４２によるクラッチ２０への接続指令の出力と同義であり、クラッチ制御部４２による電磁ソレノイド２４への通電の停止は、クラッチ制御部４２によるクラッチ２０への切断指令の出力と同義である。

反力アクチュエータ制御部４３及び転舵アクチュエータ制御部４４はそれぞれ、操舵制御モードとして、通常時（後述する故障が判定されていない場合）に行うステアバイワイヤモード（以下、ＳＢＷモードと記す。）と、後述する故障が判定された場合等に行う電動パワーステアリングモード（以下、ＥＰＳモードと記す。）及びマニュアルモードとを少なくとも有しており、モードごとに予め定められた制御を実行する。

ＳＢＷモードでは、転舵アクチュエータ制御部４４は、ステアリングホイール１１の操舵角θに対応する転舵角Θに前輪３が転舵されるように転舵アクチュエータ２８を駆動制御する転舵角制御を実行する。反力アクチュエータ制御部４３は、ＳＢＷモードでは、運転者のステアリングホイール１１への操舵入力に対する反力トルクを反力モータ２６に発生させるように反力アクチュエータ２５を駆動制御する反力制御を実行する。

ＥＰＳモードでは、ステアリングホイール１１の操作トルクに応じたアシストトルクが発生するように、反力アクチュエータ制御部４３が反力アクチュエータ２５を駆動制御するアシスト制御を実行するか、又は転舵アクチュエータ制御部４４が転舵アクチュエータ２８を駆動制御するアシスト制御を実行する。

マニュアルモードでは、反力アクチュエータ制御部４３は反力アクチュエータ２５の制御を停止し、転舵アクチュエータ制御部４４も転舵アクチュエータ２８の制御を停止する。

転舵アクチュエータ制御部４４は、通常時、エンジン４が運転者の操作によって始動すると、ＳＢＷモードでの制御を開始し、エンジン４が運転者の操作によって停止されると、ＳＢＷモードでの制御を終了する。ＳＢＷモードでは、クラッチ２０が切断状態にあり、転舵アクチュエータ制御部４４は転舵アクチュエータ２８に対する転舵角制御を実行する。アイドルストップ制御部４１がエンジン４を停止させているアイドルストップの間は、転舵アクチュエータ制御部４４は、車速Ｖが第１の値よりも小さな第２の値（例えば、５ｋｍ／ｈ）以上であれば、前輪３の転舵角Θを保持するように転舵アクチュエータ２８を駆動制御する位置保持制御を実行し、車速Ｖが第２の値未満であれば、転舵角制御及び位置保持制御を含む転舵アクチュエータ２８に対する駆動制御を停止する。アイドルストップ制御部４１がエンジン４を再始動させ、アイドルストップが終了すると、転舵アクチュエータ制御部４４は、転舵アクチュエータ２８に対する転舵角制御を再開する。

反力アクチュエータ制御部４３は、通常時、エンジン４が運転者の操作によって始動すると、ＳＢＷモードでの制御を開始し、エンジン４が運転者の操作によって停止されると、制御を終了する。ＳＢＷモードでは、クラッチ２０が切断状態にあり、反力アクチュエータ制御部４３は反力アクチュエータ２５に対する反力制御を実行する。アイドルストップ制御部４１がエンジン４を停止させているアイドルストップの間は、反力アクチュエータ制御部４３は、反力モータ２６を電磁ブレーキとして機能させるように反力アクチュエータ２５を駆動制御する電磁ブレーキ制御を実行する。アイドルストップ制御部４１がエンジン４を再始動させ、アイドルストップが終了すると、反力アクチュエータ制御部４３は、反力アクチュエータ２５に対する反力制御を再開する。

故障判定部４５は、操舵角センサ３１、トルクセンサ３２、ピニオン角センサ３３、回転角センサ３４、ストロークセンサ３５、車速センサ３６及び制御装置４０の各機能部等、ステアリング装置１０に関連するデバイスに異常が発生した際に、予め定められたプロセスに従って異常を診断し、異常がデバイスの故障であるか否かを判定する。故障判定部４５は、故障と判定する場合には故障が発生したデバイスや故障の種類を特定する。

例えば、故障判定部４５は、操舵角センサ３１及びトルクセンサ３２の検出値が概ね０であるにも関わらず、ピニオン角センサ３３や、回転角センサ３４、ストロークセンサ３５の検出値が変化している場合、これらの検出値（デバイスの特性を表す値）が所定の異常判定閾値を超えて変化したことをもってデバイスに異常が発生したものとして異常診断を開始し、異常診断に基づいて故障の有無を判定し、故障があると判定する場合には、故障した部分や故障の種類を特定する。

故障判定部４５によってデバイスの故障が判定された場合、クラッチ制御部４２、転舵アクチュエータ制御部４４及び反力アクチュエータ制御部４３は、故障したデバイスや故障の種類に応じて予め定められた操舵システムを再構築する。クラッチ制御部４２は、再構築したある操舵システムにおいて、クラッチ２０を接続状態にする。転舵アクチュエータ制御部４４及び反力アクチュエータ制御部４３は、再構築した操舵システムにおいて設定された適切なモードでの制御を実行する。

例えば、故障判定部４５によってピニオン角センサ３３や、回転角センサ３４、ストロークセンサ３５、車速センサ３６の故障が判定された場合、クラッチ制御部４２はクラッチ２０を切断状態から接続状態に切り替え、原則的には、反力アクチュエータ制御部４３がＥＰＳモードでの制御（アシスト制御）に移行し、転舵アクチュエータ制御部４４が制御を停止する。ここで、「原則的に」とは、ＥＰＳモードでの制御に移行するまで、或いは制御を停止するまでの過渡期に他の制御を行うことを排除しないことを意味する。以下、過渡期の制御について説明する。

クラッチ制御部４２は、クラッチ２０を切断状態から接続状態に切り替える際には、電磁ソレノイド２４への通電を停止する。ところが、電磁ソレノイド２４の電流が開放され、その後、クラッチ２０の結合動作が完了するまで（切断状態から接続状態に切り替わるまで）に一定の時間を要する。この間に路面の凹凸等に起因する外力によって前輪３の舵角が変化することがある。

そこで、転舵アクチュエータ制御部４４は、この間の前輪舵角の変化を抑制するために、クラッチ制御部４２による通電停止時（故障判定直後）から、クラッチ２０が接続状態になるのに必要な時間以上の時間として予め定められた所定時間Ｔにわたって位置保持制御を実行し、所定時間Ｔの経過後に制御を停止する。

一方、クラッチ２０の結合動作が完了する時（接続状態になる時）には、転舵部１０Ｂと操舵部１０Ａとの回転トルク差に起因する衝撃が発生し、この衝撃がステアリングホイール１１に伝わることがある。そこで、反力アクチュエータ制御部４３は、上記故障が判定された場合、ＳＢＷモードでの制御を停止し、ステアリングホイール１１に伝わる衝撃を軽減するために、遅くともクラッチ２０の結合動作が完了する前に、反力アクチュエータ２５に対するアシスト制御を開始する。本実施形態では、反力アクチュエータ制御部４３は、クラッチ制御部４２による通電停止と同時（故障判定直後）に、反力アクチュエータ２５に対し、制御モードを反力制御からアシスト制御に切り替え、アシスト制御を開始する。

図４は、制御装置４０がＳＢＷモード実行中に行う制御手順を示すフローチャートである。制御装置４０は、エンジン４が運転者の操作によって始動すると、ＳＢＷモードでの制御を開始し、次の制御を繰り返し実行する。まず、制御装置４０は、ステアリング装置１０に関連するデバイスに異常が発生したか否かを判定する（ステップＳＴ１）。これらのデバイスに異常が発生しておらず、デバイスが正常である場合（ステップＳＴ１：Ｎｏ）、制御装置４０は何ら処理をすることなく上記手順を繰り返す。これらのデバイスに異常が発生している場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）、制御装置４０は、予め定められたプロセスに従って異常診断を行い、異常がデバイスの故障であるか否かを判定すると共に、故障と判定する場合には故障が発生したデバイスや故障の種類を特定する（ステップＳＴ２）。

続いて、制御装置４０は、故障診断によってデバイスの故障が判定されたか否かを判定する（ステップＳＴ３）。故障診断によってデバイスの故障でないと判定された場合、制御装置４０は何ら処理をすることなく上記手順を繰り返す。故障診断によってデバイスの故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、制御装置４０は、クラッチ２０の電磁ソレノイド２４への通電を停止し（ステップＳＴ４）、転舵アクチュエータ２８に対するＳＢＷモードでの制御を終了して位置保持制御の実行を開始し（ステップＳＴ５）、反力アクチュエータ制御部４３に対するＳＢＷモードでの制御を終了してアシスト制御の実行を開始する（ステップＳＴ６）。なお、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ６の処理は、実質的に同時に行われるものであり、略同時に違う順番で行われてもよい。

その後、制御装置４０は、電磁ソレノイド２４への通電を停止したステップＳＴ４の処理から、クラッチ２０の接続に必要な所定時間Ｔが経過したか否かを判定し（ステップＳＴ７）、所定時間Ｔが経過すると（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）、転舵アクチュエータ２８に対する位置保持制御を停止する（ステップＳＴ８）。以上の処理の後、制御装置４０は、クラッチ２０が接続状態になってＳＢＷモードが終了したことから、ＥＰＳモードで反力アクチュエータ２５に対する制御（アシスト制御）を継続する。

図５は、上記制御手順に従った１つの制御例を示すタイムチャートである。時点ｔ_０において、制御装置４０はＳＢＷモードで制御を行っている。即ち、クラッチ２０は、電磁ソレノイド２４に通電されて切断状態になっており、転舵アクチュエータ２８に対しては転舵角制御が実行され、反力アクチュエータ２５に対しては反力制御が実行されている。ステアリング装置１０に関連するデバイスの特性は正常値を示しており、制御装置４０はこれらデバイスを正常と判定している。

時点ｔ_１において、あるデバイスの特性が変化し、時点ｔ_２においてデバイス特性値が所定の異常判定閾値を超えると、制御装置４０による異常診断が開始される。時点ｔ_３において、制御装置４０によってデバイスの故障が判定されると、クラッチ２０の電磁ソレノイド２４への通電が停止され、転舵アクチュエータ２８に対する制御が転舵角制御から位置保持制御に切り替えられ、反力アクチュエータ２５に対する制御が反力制御からアシスト制御に切り替えられる。

時点ｔ_３〜時点ｔ_４にかけて、電磁ソレノイド２４の電流が開放され、時点ｔ_４においてクラッチ２０の結合動作が開始され、時点ｔ_５においてクラッチ２０の結合動作が完了する。即ち、時点ｔ_４において、図２（Ｂ）に示される複数の切り替え爪部２３ｃがばねの付勢力によってローラ２３ａ間から離脱する方向へ移動を開始し、時点ｔ_５において、図２（Ａ）に示されように、ばね２３ｂによって付勢されたローラ２３ａが円筒部材２１の内面に接触してクラッチ２０が接続状態となる。

その後、電磁ソレノイド２４への通電が停止された時点ｔ_３から、クラッチ２０の接続に必要な所定時間Ｔが経過した時点ｔ_６において、転舵アクチュエータ２８に対する制御（位置保持制御）が停止される。

時点ｔ_５において、クラッチ２０が接続状態となった時には、転舵部１０Ｂと操舵部１０Ａとの連結によって衝撃が生じることがある。従来、反力アクチュエータ２５に対する制御は、図５に想像線で示されるように、デバイスの故障が判定された時点ｔ_３において、一旦停止され、クラッチ２０の接続に必要な所定時間Ｔが経過した時点ｔ_６において、アシスト制御に切り替えられていた。そのため、クラッチ２０接続時の衝撃が、ステアリングホイール１１にそのまま伝わっていた。

これに対し本実施形態では、クラッチ２０が接続する時点ｔ_５において、反力アクチュエータ２５に対してアシスト制御が実行されており、衝撃がステアリングシャフト１２のトルクとしてトルクセンサ３２により検出され、検出されたトルクに応じたアシストトルクを反力アクチュエータ２５が発生する。そしてこのアシストトルクは衝撃と相反する向きとなることから、ステアリングホイール１１に伝わる衝撃が軽減される。即ち、この衝撃が反力アクチュエータ２５によって吸収される。

このように本実施形態では、制御装置４０は、図４の制御を実行するＳＢＷモードを実行している時に、故障判定部４５によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、ＳＢＷモードを停止して、転舵角Θを一定に保つように転舵アクチュエータ２８を位置保持制御すると共に（ステップＳＴ５、時点ｔ_３）、クラッチ２０を切断状態から接続状態に切り替え（ステップＳＴ４、時点ｔ_３）、クラッチ２０の接続動作が完了する時点ｔ_５前に、ＥＰＳモードで反力アクチュエータ２５に対してアシスト制御を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）。これにより、クラッチ２０が切断状態から接続状態に切り替わる際に時点ｔ_５で発生する衝撃が、反力アクチュエータ２５によって吸収されるため、ステアリングホイール１１に伝わる衝撃が軽減され、ステアリングホイール１１を握る運転者に与える違和感が軽減する。

また、制御装置４０は、図４の制御を実行するＳＢＷモードを実行している時に、故障判定部４５によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、クラッチ２０の接続動作が開始される時点ｔ_４前に、ＥＰＳモードで反力アクチュエータ２５に対してアシスト制御を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）。これにより、時点ｔ_５でクラッチ２０が切断状態から接続状態に切り替わる際の衝撃が、より確実に反力アクチュエータ２５によって吸収される。

更に、制御装置４０は、図４の制御を実行するＳＢＷモードを実行している時に、故障判定部４５によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、時点ｔ_３におけるクラッチ２０に対する接続指令の出力である通電停止（ステップＳＴ４）と同時に、ＥＰＳモードで反力アクチュエータ２５に対してアシスト制御を開始する（ステップＳＴ６、時点ｔ_３）。これにより、時点ｔ_５でクラッチ２０が切断状態から接続状態に切り替わる際の衝撃が、より確実に反力アクチュエータ２５によって吸収される。

加えて、制御装置４０は、図４の制御を実行するＳＢＷモードを実行している時に、故障判定部４５によって故障が判定された場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ、時点ｔ_３）、時点ｔ_５でクラッチ２０の接続動作が完了した後に（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）、転舵アクチュエータ２８に対する位置保持制御を停止する（ステップＳＴ８、時点ｔ_６）。これにより、反力アクチュエータ２５により軽減された衝撃がステアリングホイール１１に伝わった後には、転舵アクチュエータ２８又は反力アクチュエータ２５によって操舵トルクＮに応じたアシストトルクが発生し、故障判定部４５によって故障が判定された後の操向性能が確保される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、電磁ソレノイド２４への通電を停止した時点ｔ_３から、クラッチ２０が接続状態になるのに要する所定時間Ｔが経過したことをもってクラッチ２０を接続状態とみなしているが、クラッチ２０の接続状態を直接的に検出する検出手段を用いてもよく、トルクセンサ３２の検出値等に基づいてクラッチ２０の接続状態を間接的に検出してもよい。また、上記実施形態では、ステアリング装置１０に関連するデバイスの故障を判定する故障判定部４５は、制御装置４０に備えられているが、制御装置４０と別体として構成されてもよい。

また、上記実施形態では、図２に示される構成のクラッチ２０を用いたが、クラッチ２０の形態はこれに限定されるものではない。図６は、他の実施形態に係るクラッチ１２０の断面図である。図６に示されるように、クラッチ１２０は、内歯歯車、遊星歯車、太陽歯車及び遊星キャリアを備える遊星歯車機構（図示省略）と、ロック装置１２１とを有する公知の構成のものである。操舵軸（操舵部１０Ａ側のステアリングシャフト１２）は、内歯歯車に同軸に固定される。転舵軸（転舵部１０Ｂ側のステアリングシャフト１２）は、遊星キャリアに同軸に固定される。ロック装置１２１は、太陽歯車の回転を阻止する状態と許容する状態とを切り替える。

ロック装置１２１は、太陽歯車と一体に回転するように設けられた外歯歯車からなるロック用歯車１２２と、揺動可能に中間部を軸支されて先端及び基端を有するロックレバー１２３と、ロックレバー１２３を駆動する電磁ソレノイド１２４とを備えている。ロックレバー１２３は、図示しない付勢手段（弾性部材）によって先端をロック用歯車１２２に近接させる方向に付勢されている。ロックレバー１２３の先端がロック用歯車１２２の歯溝に係合することにより、ロック用歯車１２２及び太陽歯車の回転運動が規制される。電磁ソレノイド１２４は、励磁電流の供給（通電）によりオンにされ、ロックレバー１２３の基端を押し込んで先端をロック用歯車１２２から離間させる向きにロックレバー１２３を揺動させることにより、ロックレバー１２３とロック用歯車１２２との係合を解除する。

電磁ソレノイド１２４がオフにされ、ロックレバー１２３がロック用歯車１２２の歯溝に係合した状態では、太陽歯車の回転運動が規制されることにより、ステアリングホイール１１及び操舵軸の回転に伴って転舵軸が回転する。即ち、クラッチ１２０は操舵部１０Ａと転舵部１０Ｂとを機械的に結合した接続状態となる。一方、電磁ソレノイド１２４がオンにされ、ロック用歯車１２２に対するロックレバー１２３の係合が解除されると、太陽歯車が回転自在な状態になり、ステアリングホイール１１及び操舵軸の回転に伴って太陽歯車が回転し、遊星キャリアが回転しないため、転舵軸は回転しない。即ち、クラッチ１２０は操舵部１０Ａと転舵部１０Ｂとを機械的に切り離した切断状態となる。

このようなクラッチ１２０においても、図５に示されるタイムチャートにおいて、時点ｔ_３〜時点ｔ_４にかけて、電磁ソレノイド１２４の電流が開放され、時点ｔ_４においてクラッチ１２０の結合動作が開始され、時点ｔ_５においてクラッチ１２０の結合動作が完了した際に、衝撃が生じることがある点は同じである。

この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、制御手順の順序なども、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１車両
３前輪（操舵車輪）
１０ステアリング装置（操舵装置）
１０Ａ操舵部
１０Ｂ転舵部
１１ステアリングホイール（操舵部材）
２０クラッチ
２５反力アクチュエータ
２８転舵アクチュエータ
３１操舵角センサ（操舵量検出手段）
３２トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
４０制御装置（制御手段）
４５故障判定部（故障判定手段）
１２０クラッチ
Ｎ操舵トルク
θ ステアリングホイールの操舵角
Θ 前輪の転舵角

Claims

運転者による操舵部材への操舵入力に対して反力を付与する反力アクチュエータを有する操舵部と、
前記操舵部材の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵部材の操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記操舵部から機械的に切り離された操舵車輪を転舵する転舵アクチュエータを有する転舵部と、
前記操舵部と前記転舵部とを機械的に結合する接続状態と機械的に切り離す切断状態とに切り替えるクラッチと、
前記反力アクチュエータ、前記転舵アクチュエータ及び前記クラッチを駆動制御する制御手段とを備える車両の操舵装置であって、
前記転舵アクチュエータ及び前記反力アクチュエータ以外の当該操舵装置に関連するデバイスの故障を判定する故障判定手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記クラッチを前記切断状態にして、前記操舵量に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御すると共に、操舵反力トルクを発生させるように前記反力アクチュエータを駆動制御するステアバイワイヤモードと、
前記クラッチを前記接続状態にして、前記操舵トルクに応じたアシストトルクが発生するように前記転舵アクチュエータ又は前記反力アクチュエータを駆動制御する電動パワーステアリングモードとを少なくとも有し、
前記制御手段は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段によって故障が判定された場合、前記ステアバイワイヤモードを停止して、前記操舵車輪の転舵角を一定に保つように前記転舵アクチュエータを駆動制御する位置保持制御を実行すると共に、接続指令を出力することで当該接続指令を受けた前記クラッチに所要時間をもって前記切断状態から前記接続状態に切り替わる接続動作を実行させ、前記クラッチに対する前記接続指令の出力から前記クラッチの前記接続動作が完了する前までの間に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータに対する駆動制御を開始することを特徴とする操舵装置。
前記制御手段は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段によって故障が判定された場合、前記クラッチの前記接続動作が開始される前に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータに対する駆動制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の操舵装置。
前記制御手段は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段によって故障が判定された場合、前記クラッチに対する前記接続指令の出力と同時に、前記電動パワーステアリングモードで前記反力アクチュエータに対する駆動制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の操舵装置。
前記制御手段は、前記ステアバイワイヤモードを実行している時に、前記故障判定手段によって故障が判定された場合、前記クラッチの前記接続動作が完了した後に、前記転舵アクチュエータに対する前記転舵角を一定に保つための駆動制御を停止することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の操舵装置。