JP3554841B2 - 自動車の舵取装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作に応じて舵取用の車輪を操向させるための自動車の舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の舵取りは、車室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
自動車用の舵取機構としては、ボールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のものが実用化されており、例えば、車体の前部に左右方向に延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える構成としたラック・ピニオン式の舵取機構は、車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステアリングコラム）の先端に嵌着されたピニオンを前記ラック軸の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリングホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換して、ステアリングホイールの回転操作に応じた舵取りを行わせる構成となっている。
【０００４】
また近年においては、舵取機構の中途に、油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配し、このアクチュエータを、舵取りのためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出結果に基づいて駆動して、ステアリングホイールの回転に応じた舵取機構の動作を前記アクチュエータの出力により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減する構成とした動力舵取装置（パワーステアリング装置）が広く普及している。
【０００５】
ところが、以上の如き従来の舵取装置においては、動力舵取装置としての構成を有するか否かに拘わらず、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結されていることから、車室内でのステアリングホイールの配設位置が限定され、車室内部のレイアウトの自由度が制限されるという問題があり、また、前記連結の実現のために大嵩の連結部材を必要とし、車両の軽量化の実現を阻害するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消するため、従来から、操舵手段としてのステアリングホイールを舵取機構と機械的に連結せずに配する一方、動力舵取装置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、舵取機構の中途に操舵用のアクチュエータを配し、このアクチュエータを、前記操舵手段の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせる構成とした分離型の舵取装置が提案されている。
【０００７】
以上の如き分離型の舵取装置は、前述した問題を解消し得るという利点に加えて、操舵手段の操作量と操舵アクチュエータの動作量との対応関係が機械的な制約を受けずに設定できることから、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、自動車の走行状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応できると共に、ステアリングホイールに代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等の適宜の操舵手段を採用でき、設計自由度が向上するという利点を有している。
【０００８】
更には、自動車の前面衝突に伴うステアリングホイールの突き上げを略完全に防止でき、衝突安全性の向上を図り得る上、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｒｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、ＡＨＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ）等、近年その開発が進められている自動運転システムへの対応が容易であるという利点を有する等、従来の舵取装置において実現不能な多くの利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。
【０００９】
なお、舵取機構に操舵力を加える操舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に、電動モータ（操舵モータ）が用いられており、また、舵取機構から切り離された操舵手段には、モータ及びギア機構を備えてなる反力付与手段を付設し、操舵手段に適度の反力を加えることにより、該操舵手段と舵取機構とが機械的に連結されたかの如き感覚での舵取操作を行わせ得るようにしてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如く構成された分離型の舵取装置を、従来広く用いられている動力舵取装置と比較した場合、後者における舵取りが、操舵手段たるステアリングホイールに加えられる操作力と、舵取機構に付設された操舵補助用のモータの出力との合力によって行われるのに対し、前者における舵取りは、舵取機構に付設された操舵モータの出力のみによって行われるという相違がある。
【００１１】
従って、分離型の舵取装置において使用される操舵モータとしては、動力舵取装置において使用される操舵補助用のモータに比して大出力のモータが必要であり、出力の増大に伴って大嵩となる操舵モータの配設位置を舵取機構の周辺に確保することが難しいという問題があった。
【００１２】
更には、動力舵取装置において操舵補助用のモータが故障した場合、操舵補助力が失われるに過ぎず、ステアリングホイールに加えられる操作力により舵取りを行わせ得るのに対し、分離型の舵取装置において操舵モータが故障した場合には、舵取りが困難となる虞れがあった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、舵取機構の周辺における操舵モータの配設位置の確保が容易であり、また、操舵モータが故障した場合においても舵取りが困難となることを未然に防止し得る分離型の舵取装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動車の舵取装置は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車の舵取装置において、前記舵取機構の相異なる位置に前記操舵モータを一対配し、これら夫々の操舵モータに対し、前記必要操舵力を所定の比率にて配分して決定された通常出力と、前記必要操舵力の全量に相当するフェイル出力とを算出する目標出力算出手段と、前記一対の操舵モータの故障の有無を判定する故障判定手段と、該故障判定手段により故障無しの判定がなされた場合、両方の操舵モータを前記通常出力を発生すべく駆動し、前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、故障側の操舵モータの出力を禁じ、非故障側の操舵モータを前記フェイル出力を発生すべく駆動するモータ制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、舵取機構の異なる位置に一対の操舵モータを配し、これらの夫々の操舵モータに対し、操舵手段の操作位置と舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を所定の比率にて配分した通常出力と、前記必要操舵力の全量に相当するフェイル出力とを常に算出しておき、両方の操舵モータが正常である場合、夫々の通常出力を得るべく両操舵モータを駆動して、これらの出力の合力を舵取機構に加えて舵取りを行わせる。これにより、両操舵モータを小型化することができ、舵取機構の周辺への夫々の配設が容易となる。また一対の操舵モータの一方が故障した場合、故障側の操舵モータの出力を禁じると共に、非故障側の操舵モータを、該操舵モータに対して算出されたフェイル出力を発生すべく駆動し、正常時に一対の操舵モータが分担して発生していた必要操舵力の全量を非故障側の操舵モータに直ちに発生させて操舵感の変化を防止する。
【００１８】
また本発明に係る自動車の舵取装置は、前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、警報出力を発生する構成としてあることを特徴とする。
【００１９】
この発明においては、故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合に警報を発生して、非故障側の操舵モータのフェイル出力によりなされる操舵によって十分な操舵力が得られない虞れがあることを運転者に報知する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る自動車の舵取装置（以下本発明装置という）の全体構成を示すブロック図である。
【００２１】
この舵取装置は、車体の左右に配された一対の舵取用の車輪１０，１０に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構１から切り離して配された操舵手段たるステアリングホイール２と、該ステアリングホイール２の操作に応じて前記舵取機構１を動作させるべく、後述する制御動作を行う舵取制御部３とを備えてなる。
【００２２】
前記舵取機構１は、公知のラック・ピニオン式の舵取機構であり、車体の左右方向に延設されて軸長方向に摺動するラック軸１１の両端部を、舵取用の車輪１０，１０のナックルアーム１２，１２に各別のタイロッド１３，１３を介して連結し、ラック軸１１の両方向への摺動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、前記車輪１０，１０を左右に操向させる構成となっている。
【００２３】
この操向を行わせるため本発明装置は、ラック軸１１を軸長方向への摺動自在に支承するラックハウジング１４の中途に一体的に構成された主操舵モータＭ１ と、ラックハウジング１４の一部に交叉する態様に連設されたピニオンハウジング４に取り付けた副操舵モータＭ２ とを備えており、車輪１０，１０の操向は、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の回転を、各別の運動変換機構によりラック軸１１の摺動に変換して行われる。
【００２４】
図２は、主操舵モータＭ１ 及び運動変換機構の構成を示す縦断面図である。本図に示す如く主操舵モータＭ１ は、前記ラック軸１１を軸長方向への摺動自在に支承するラックハウジング１４の中途に一体的に構成されたモータハウジング５０の内部に、これの内面に周設されたステータ５１と、該ステータ５１の内側にわずかな間隙を隔てて対向するロータ５２とを備え、３相ブラシレスモータとして構成されている。
【００２５】
前記ロータ５２は、ラック軸１１の外径よりも大なる内径を有する円筒形をなすロータ筒５３の外周に固設してあり、該ロータ筒５３と共に、モータハウジング５０の一側と、該モータハウジング５０の他側に連続するラックハウジング１４とに夫々内嵌固定された玉軸受５４，５５により両持ち支持され、前記ステータ５１の内側にて同軸回転自在に支承されており、舵取制御部３から後述する如く与えられる動作指令信号に応じて前記ステータ５１への通電がなされることにより、ロータ筒５３と共に正逆両方向に回転するようになしてある。
【００２６】
ロータ筒５３の一側（玉軸受５５による支持部側）外周にはギヤ５６が取り付けてあり、該ギヤ５６は、ラックハウジング１４の対応部位の外側に固設されたロータリエンコーダを用いてなる回転角センサ１５の入力ギヤ １５ａに噛合させてあり、該回転角センサ１５の出力として、ロータ筒５３と一体回転するロータ５２の回転位置が得られるようになしてある。なお、回転角センサ１５の構成はこれに限るものではなく、例えば、前記ギヤ５６の外周に臨ませて磁電型のピックアップを配し、このピックアップにより前記ギヤ５６の歯を検出し、この歯数を計数して回転位置を知る構成とすることも可能である。
【００２７】
ロータ筒５３の他側は、玉軸受５４による支持部を超えて延長され、延長端に一体形成された玉軸受５７により同側のラックハウジング１４内に支持させてあり、この延長部、即ち、玉軸受５４，５７による支持部間は、その内面にボールねじの軌条が形成されたボールナット５８となっている。一方ラック軸１１の中途部には、その外周にボールねじの軌条を所定の長さに亘って備えるボールねじ部５９が形成されており、このボールねじ部５９と前記ボールナット５８とを多数のボールを介して螺合させてボールねじ機構が構成されている。
【００２８】
ラック軸１１は、ラックハウジング１４との間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの回転を拘束されており、主操舵モータＭ１ の回転、即ち、ステータ５１への通電に伴うロータ５２の回転は、ロータ筒５３の一側に連設されたボールナット５８と、ラック軸１１と一体形成されたボールねじ部５９との螺合により、該ラック軸１１の軸長方向の摺動に直接的に変換されるようになっている。このようにして、主操舵モータＭ１ の回転に応じた舵取り（舵取用の車輪１０，１０の操向）が行われる。
【００２９】
図３は、副操舵モータ（ＤＣモータ）Ｍ２ の取り付け位置近傍の縦断面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による横断面図である。ラックハウジング１４と交叉するピニオンハウジング４の内部には、軸心回りでの回動自在にピニオン軸４０が支承されている。該ピニオン軸４０は、ラックハウジング１４との交叉部において、ラック軸１１の対応部分に形成されたラック歯に噛合するピニオン４１を一体的に備えており、ピニオン軸４０の回転は、ピニオン４１とラック歯との噛合により、ラック軸１１の軸長方向の摺動に変換されるようになしてある。この実施の形態においては、ラック軸１１に噛合するピニオン４１を前記副操舵モータＭ２ の運動変換機構としている。
【００３０】
ピニオン軸４０の中途部には、ピニオンハウジング４の一部を大径化して形成されたギヤ室４ａの内部において、ウォームホイール４２が同軸的に嵌着固定され、該ウォームホイール４２には、その外周の適宜位置に、ギヤ室４ａの内部に枢支されたウォーム４３が噛合させてある。副操舵モータＭ２ は、ギヤ室４ａの外側に固定されており、ギヤ室４ａ内に進入せしめたその出力軸４４の先端は、スリーブ状の継手４５を介して、前記ウォーム４３の基端部に同軸的に連結されている。
【００３１】
以上の構成により副操舵モータＭ２ が回転した場合、ウォーム４３がその軸回りに回転し、この回転がウォームホイール４２を介してピニオン軸４０に伝達されて、これと一体形成されたピニオン４１が回転し、この回転がラック軸１１の軸長方向の摺動に変換される。このようにして副操舵モータＭ２ の回転に応じた舵取りが行われる。
【００３２】
主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ には、前記舵取制御部３からの動作指令が、図示しない各別の駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って両操舵モータＭ１ ，Ｍ２ が各別に駆動されるようになしてある。この駆動に応じた舵取機構１の動作量は、ラック軸１１と一側のタイロッド１３との連結部の変位を検出するタイロッド変位センサ１６により検出され、舵取用の車輪１０，１０の実舵角θ２ を示す信号として、舵取制御部３に与えられている。
【００３３】
タイロッド変位センサ１６は、図１に略示するように、前記連結部とラックハウジング１４の外側との間に検出シリンダを介装し、該検出シリンダの進退量を媒介として、所望の変位量を検出する構成とすることができる。本図には、一側のタイロッド１３に単一のタイロッド変位センサ１６が取り付けてあるが、実舵角θ２ の検出値は、後述する本発明装置の動作において重要なものであり、一側又は両側のタイロッド１３に複数のタイロッド変位センサを設け、夫々の故障に備えるのが望ましい。
【００３４】
また、両側のタイロッド１３，１３には、これらの軸方向に作用する軸力（引張力又は圧縮力）を検出するタイロッド軸力センサ１７，１７が付設されており、これらの検出結果は、舵取に伴って舵取用の車輪１０，１０に加わる路面反力を示す信号として、舵取制御部３に与えられている。タイロッド軸力センサ１７，１７は、例えば、タイロッド１３，１３の表面に歪ゲージを貼着し、前記路面反力を、これの作用により夫々のタイロッド１３，１３に生じる歪みを媒介として検出する構成とすることができる。
【００３５】
以上の如き舵取動作をなす舵取機構１と機械的に連結せずに配されたステアリングホイール２は、図１中に模式的に示す如く、その回転軸となるコラム軸２０を回転自在に保持するコラムハウジング２１を介して、図示しない車体の適宜部に支持されており、コラムハウジング２１の外側には、これと軸心を交叉させた態様に反力モータ（ＤＣモータ）Ｍ３ が取り付けてある。該反力モータＭ３ は、ピニオンハウジング４に取り付けた副操舵モータＭ２ とピニオン軸４０との関係と同様、コラムハウジング２１の内部において、その出力端に連結された図示しないウォームをコラム軸２０の中途に嵌着された図示しないウォームホイールに噛合させ、これらを介してコラム軸２０に回転力を加え、該コラム軸２０の上端に固定されたステアリングホイール２に、その操作方向と逆向きの反力を付与するようになしてある。
【００３６】
反力モータＭ３ によるステアリングホイール２への反力付与は、舵取に伴って舵取用の車輪１０，１０に実際に加わる路面反力をステアリングホイール２に模擬的に加え、運転者に体感せしめるべく行われるものであり、反力モータＭ３ には、前記舵取制御部３からの動作指令が、図示しない駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って駆動される。
【００３７】
従って、ステアリングホイール２の回転操作には、反力モータＭ３ が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、このようにしてステアリングホイール２に加えられる操舵トルクは、コラムハウジング２１の中途部に付設されたトルクセンサ２２により検出され、またステアリングホイール２の操作量は、反力モータＭ３ の両側に配した一対の操舵角センサ２３，２４により、操作方向を含めて検出され、これらの検出結果は、ステアリングホイール２の操作状態を示す信号として前記舵取制御部３に与えられている。
【００３８】
操舵角センサ２３，２４の検出値として与えられるステアリングホイール２の操舵角θ１ は、舵取制御部３において、後述の如く、前記タイロッド変位センサ１６により検出される実舵角θ２ との偏差に基づいて主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の夫々が発生すべき駆動トルクの目標値を得るために用いられる重要な検出値である。この実施の形態において一対の操舵角センサ２３，２４が設けてあるのは、夫々の故障時に、誤った検出結果に基づく制御動作が行われることを防ぐためであり、通常時は一方の操舵角センサ２３の検出値を用い、他方の操舵角センサ２４は、通常使用される操舵角センサ２３の故障時におけるフェイルセーフ用として用いられる。なお、トルクセンサ２２により検出される操舵トルクは、反力モータＭ３ が発生する反力のフィードバック信号として、反力モータＭ３ の故障判定に用いられる。
【００３９】
なお、ステアリングホイール２を支持するコラム軸２０は、コラムハウジング２１の内部に配した図示しないセンタリングばねにより付勢されており、ステアリングホイール２は、その回転操作が停止されたとき、コラム軸２０に作用する前記センタリングばねのばね力により中立位置に復帰せしめられるようになしてある。この復帰は、舵取機構１側において生じる車輪１０，１０の直進方向への復帰に伴ってステアリングホイール２を戻すために必要なものである。
【００４０】
以上の如く舵取制御部３には、舵取機構１の側にて実際に生じている舵取の状態が、回転角センサ１５、タイロッド変位センサ１６及びタイロッド軸力センサ１７，１７からの入力として与えられ、また操舵手段としてのステアリングホイール２の操作の状態が、トルクセンサ２２及び操舵角センサ２３，２４からの入力として与えられており、これらに加えて舵取制御部３の入力側には、車両の走行速度を検出する車速センサ５，６の出力、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ７の出力、車両の横加速度を検出する横加速度センサ８の出力、及び車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ９の出力が夫々与えられている。
【００４１】
車速センサ５，６は、例えば、車速に対応する前輪又は後輪の回転速度を検出する回転速度センサであればよい。一対の車速センサ５，６を設けたのは、タイロッド変位センサ１６及び操舵角センサ２３，２４と同様、一方の故障時に他方をフェイルセーフ用として用いるためである。また、ヨーレートセンサ７及び横加速度センサ８は、共に車両の旋回状態を知るためのものであり、これらもまた、一方の故障時に他方をフェイルセーフ用として用いるようにしてある。通常時には、ヨーレートセンサ７の出力を旋回状態を示す信号として用いる。
【００４２】
一方、舵取制御部３の出力は、前述した如く、舵取機構１に舵取動作を行わせるための主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ と、ステアリングホイール２に反力を付与する反力モータＭ３ とに各別の駆動回路を介して与えられており、主操舵モータＭ１ 、副操舵モータＭ２ 及び反力モータＭ３ は、舵取制御部３からの動作指令に応じて各別に駆動されるようになしてある。
【００４３】
舵取制御部３による主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御は、図５及び図６に示すフローチャートに従って行われる。舵取制御部３は、エンジン始動のためのキースイッチのオン操作に応じてその動作を開始し、入力側に接続された操舵角センサ２３（又は操舵角センサ２４）及びタイロッド変位センサ１６の出力を所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ１）、同じく車速センサ５（又は車速センサ６）、及びヨーレートセンサ７（又は横加速度センサ８）の出力を取り込む（ステップ２）。
【００４４】
次いで舵取制御部３は、操舵角センサ２３からの入力によりステアリングホイール２の操作量を示す操舵角θ１ を求め（ステップ３）、得られた操舵角θ１ を次式に適用して目標舵角Θを演算する（ステップ４）。
【００４５】
Θ＝Ｋ０ ・Ｋ１ ・Ｋ２ ・θ１ …（１）
【００４６】
（１）式中のＫ０ は、操舵角θ１ と目標舵角Θとを対応づけるための比例定数であり、Ｋ１ ，Ｋ２ は、夫々補正係数である。Ｋ１ は、車速の高低に応じて操舵特性を変えるための補正係数であり、車速が所定速度を超えている高速走行中には小さく、車速が前記所定速度以下となる低速走行中には、例えば、車速の低下に応じて比例的に増大するように、前記車速センサ５による検出車速の高低に応じて設定される。またＫ２ は、車両の旋回の状態に応じて操舵特性を変えるための補正係数であり、旋回程度が大となるに従って小さくなるように、前記ヨーレートセンサ７により検出される実ヨーレートの大小に応じて設定される。
【００４７】
即ち、ステップ４において得られる目標舵角Θは、ステアリングホイール２の操作量を示す操舵角θ１ に対し、高速走行中には小さく、低速走行中には大きくなり、また旋回中には、急旋回になるに従って小さくなる。
【００４８】
次いで舵取制御部３は、タイロッド変位センサ１６からの入力により舵取機構１において実際に生じている実舵角θ２ を求め（ステップ５）、前記目標舵角Θとの偏差（舵角偏差Δθ＝Θ−θ２ ）を算出し（ステップ６）、この舵角偏差Δθに基づくＰＩＤ演算により、前記目標舵角Θを実現するために必要となる必要操舵力Ｆを求める（ステップ７）。
【００４９】
その後、舵取制御部３は、前記必要操舵力Ｆを主操舵モータＭ１ と副操舵モータＭ２ とに配分し、夫々の配分力に対応する通常出力Ｆ１ ，Ｆ２ を求め（ステップ８）、更には、主操舵モータＭ１ と副操舵モータＭ２ とが前記必要操舵力Ｆの全量を夫々単独にて発生するために必要なフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′を求める（ステップ９）。
【００５０】
主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ への必要操舵力Ｆの配分は、例えば、主操舵モータＭ１ を２とし、副操舵モータＭ２ を１とする等、予め設定された所定の配分比率にて行われる。また、フェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′は、夫々のモータに最大定格電流を流したときに得られる最大出力を上限として設定される。
【００５１】
以上の如く、通常出力Ｆ１ ，Ｆ２ 及びフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′を算出した後、舵取制御部３は、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の夫々に対しフェイルの有無を判定する（ステップ１０，１１）。この判定の結果、両者が共に正常である判定された場合、通常出力Ｆ１ 及びＦ２ を発するために必要な主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の駆動電流Ａ１ 及びＡ２ を夫々求め（ステップ１２）、これらを出力して、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ を通常駆動する動作をなす（ステップ１３）。この動作は、キースイッチがオフ操作されるまで繰り返し行われる。
【００５２】
なお、主操舵モータＭ１ に付設された回転角センサ１５からの舵取制御部３への入力は、駆動電流Ａ１ の出力に際して主操舵モータＭ１ の回転位置を認識し、駆動電流Ａ１ の位相調整を行うために用いられる。
【００５３】
以上の動作により、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ が共に正常動作可能な状態にある場合（一般的にはこの状態にある）、舵取機構１には、主操舵モータＭ１ の出力Ｆ１ と副操舵モータＭ２ の出力Ｆ２ との合力として必要操舵力Ｆが加えられる。従って、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ は、必要操舵力Ｆの一部を負担すれば良く、両モータＭ１ ，Ｍ２ を小型化することができ、舵取機構１の周辺への配設が容易に行えるようになる。
【００５４】
主操舵モータＭ１ は、図２に示す如く、ラック軸１１を支承するラックハウジング１４の中途部に一体的に構成されており、ラック軸１１の周囲に大なる空間を占めることなく配設し得る。また副操舵モータＭ２ は、図３及び図４に示す如く、舵取機構１とステアリングホイール２とが連結された連結型のラック・ピニオン式舵取装置において、ラック軸１１の中途部に噛合するピニオン軸４０を利用し、該ピニオン軸４０に回転力を加える構成としてあり、既存の舵取機構１に無理なく配設することが可能である。
【００５５】
なお、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の構成は、以上の実施の形態に示す構成に限らず、他の構成を採用し得ることは言うまでもない。またステップ１０及びステップ１１における主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ のフェイル判定は、これらの駆動電流の時間的な変化を監視する等、各種のモータにおいて通常行われているフェイル判定の手法を用いて行えばよい。
【００５６】
ステップ１０での前記判定の結果、主操舵モータＭ１ がフェイル状態にあると判定された場合、舵取制御部３は、非故障側の副操舵モータＭ２ が前記フェイル出力Ｆ２ ′を発するために必要な駆動電流Ａ２ ′を求め（ステップ１４）、副操舵モータＭ２ への動作指令として出力し、これをフェイル駆動する動作を行い（ステップ１５）、また、ステップ１１での前記判定の結果、副操舵モータＭ２ がフェイル状態にあると判定された場合、非故障側の主操舵モータＭ１ が前記フェイル出力Ｆ１ ′を発するために必要な駆動電流Ａ１ ′を求め（ステップ１６）、主操舵モータＭ１ への動作指令として出力し、これをフェイル駆動する動作を行う（ステップ１７）。そしてこれらの場合、出力側に接続された図示しない警報手段を動作させ、警報を出力する（ステップ１８）。
【００５７】
以上の動作により、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ のいずれかがフェイル状態に陥った場合、他方がフェイル駆動される結果、舵取不能の発生を未然に防止することができる。またこのとき、非故障側の操舵モータＭ１ 又はＭ２ に対し、必要操舵力Ｆの全量を単独にて発生することを前提として予め算定されたフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′への切り換えが行われるから、故障前に両操舵モータＭ１ 及びＭ２ が分担して発生していた必要操舵力Ｆを速やかに発生することができ、操舵力の急変を防止することができる。
【００５８】
但し、フェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′の算定は、前述の如く、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の最大出力を上限として設定されるから、一般的な走行状態での舵取りは支障なく行えるが、悪路での急旋回等、特殊な走行状態下において必要操舵力Ｆの全量の発生が困難となる場合が生じる。ステップ１８での警報出力は、十分な操舵力が得られない虞れがあることを運転者に報知するためになされるものである。
【００５９】
このように本発明装置においては、舵取機構１の相異なる位置に一対の操舵モータ（主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ ）を配し、これらの出力の合力により舵取りを行わせる構成としてあるから、両操舵モータＭ１ ，Ｍ２ を小型化することができ、舵取機構１の周辺の限られた空間への配設が容易となる上、一方が故障した場合であっても舵取不能に陥る虞れがなく、安全性の向上に寄与できる。更に、一対の操舵角センサ２３，２４を配する等、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御において使用する各値を検出するためのセンサは夫々二重系とし、一方を他方のフェイルセーフ用として用いることにより、誤った検出結果に基づく制御動作がなされることを防ぐ構成となっている。
【００６０】
舵取制御部３は、以上の如き主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御に加えて、反力モータＭ３ の制御動作を行う。この制御は、車輪１０，１０に実際に作用する路面反力をタイロッド軸力センサ１７，１７からの入力として認識し、基本的には、これに所定の係数を乗じて得られる疑似反力をステアリングホイール２に付与すべく反力モータＭ３ の駆動トルクの目標値を定め、この目標値を得るべく反力モータＭ３ に動作指令を発する手順にて行われる。
【００６１】
このとき、車速センサ５による車速の検出値、ヨーレートセンサ７によるヨーレートの検出値、及び前後加速度センサ９による前後加速度の検出値は、前記係数の補正に用いられる。例えば、車速及びヨーレートの検出値は、これらの増大に応じて前記係数を増量補正すべく用いられ、前後加速度の検出値は、減速状態の検出時に、その程度に応じて前記係数を増量補正すべく用いられて、このように補正された係数を用いて決定された疑似反力がステアリングホイール２に加えられる。
【００６２】
この結果、ステアリングホイール２は、車速の上昇に応じて重く、車速の低下に応じて軽くなり、高速走行時における直進安定性の向上と、低速走行時又は停車時における操作力の軽減とが合わせて達成される。またステアリングホイール２は、旋回程度が大となるに従って重くなり、旋回状態にあった重さを与えることができる。更にステアリングホイール２は、減速時には重くなり、減速に伴う前輪荷重の増大を運転者に体感させることができる。
【００６３】
なお以上の実施の形態は、本発明装置の一例を示すものであり、前述の如く、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の構成、並びに配設態様を限定するものではなく、また、反力モータＭ３ の構成及び配設態様についても同様である。また、操舵手段として、ステアリングホイール２に代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等、他の手段を用い得ることは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明装置においては、舵取機構の異なる位置に一対の操舵モータを配し、これらの操舵モータの故障の有無を判定して、両方の操舵モータが故障無しと判定されたとき、必要操舵力を所定の比率にて配分して得られる通常出力を得るべく両方の操舵モータを駆動して、両者の出力を合わせて舵取りを行わせる構成としてあるから、両操舵モータを共に小型化することができ、舵取機構の周辺の限られた空間内への夫々の配設が容易となり、無理のない構成が可能となる上、いずれかの操舵モータに故障有りの判定がなされたとき、故障側の操舵モータの出力を禁じ、必要操舵力の全量に相当するフェイル出力を得るべく非故障側の操舵モータを駆動して、該操舵モータが発生する大出力により舵取りを行わせるから、操舵が困難となることを防止することができ、また故障の前後における操舵感の急変を抑えることができる。
【００６６】
更に、いずれかの操舵モータに故障有りの判定がなされ、非故障側の操舵モータの発生力のみによって舵取りがなされている場合に警報出力を発生するから、モータ故障の発生を速やかに運転者に気付かせることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車の舵取装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】主操舵モータ及び運動変換機構の一例を示す要部の縦断面図である。
【図３】副操舵モータの取り付け位置近傍の縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による横断面図である。
【図５】主操舵モータ及び副操舵モータの制御内容を示すフローチャートである。
【図６】主操舵モータ及び副操舵モータの制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 舵取機構
２ ステアリングホイール
３ 舵取制御部
５ 車速センサ
６ 車速センサ
７ ヨーレートセンサ
８ 横加速度センサ
９ 前後加速度センサ
１０ 車輪
１１ ラック軸
１３ タイロッド
１５ 回転角センサ
１６ タイロッド変位センサ
１７ タイロッド軸力センサ
２２ トルクセンサ
２３ 操舵角センサ
２４ 操舵角センサ
Ｍ１ 主操舵モータ
Ｍ２ 副操舵モータ
Ｍ３ 反力モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作に応じて舵取用の車輪を操向させるための自動車の舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の舵取りは、車室の内部に配された操舵手段の操作（一般的にはステアリングホイールの回転操作）を、舵取り用の車輪（一般的には前輪）の操向のために車室の外部に配された舵取機構に伝えて行われる。
【０００３】
自動車用の舵取機構としては、ボールねじ式、ラック・ピニオン式等の種々の形式のものが実用化されており、例えば、車体の前部に左右方向に延設されたラック軸の軸長方向の摺動を、左右の前輪に付設されたナックルアームにタイロッドを介して伝える構成としたラック・ピニオン式の舵取機構は、車室外に延びるステアリングホイールの回転軸（ステアリングコラム）の先端に嵌着されたピニオンを前記ラック軸の中途に形成されたラック歯に噛合させ、ステアリングホイールの回転をラック軸の軸長方向の摺動に変換して、ステアリングホイールの回転操作に応じた舵取りを行わせる構成となっている。
【０００４】
また近年においては、舵取機構の中途に、油圧シリンダ、電動モータ等の操舵補助用のアクチュエータを配し、このアクチュエータを、舵取りのためにステアリングホイールに加えられる操舵力の検出結果に基づいて駆動して、ステアリングホイールの回転に応じた舵取機構の動作を前記アクチュエータの出力により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減する構成とした動力舵取装置（パワーステアリング装置）が広く普及している。
【０００５】
ところが、以上の如き従来の舵取装置においては、動力舵取装置としての構成を有するか否かに拘わらず、ステアリングホイールと舵取機構とが機械的に連結されていることから、車室内でのステアリングホイールの配設位置が限定され、車室内部のレイアウトの自由度が制限されるという問題があり、また、前記連結の実現のために大嵩の連結部材を必要とし、車両の軽量化の実現を阻害するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解消するため、従来から、操舵手段としてのステアリングホイールを舵取機構と機械的に連結せずに配する一方、動力舵取装置における操舵補助用のアクチュエータと同様に、舵取機構の中途に操舵用のアクチュエータを配し、このアクチュエータを、前記操舵手段の操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、舵取機構に操舵力を加えて、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせる構成とした分離型の舵取装置が提案されている。
【０００７】
以上の如き分離型の舵取装置は、前述した問題を解消し得るという利点に加えて、操舵手段の操作量と操舵アクチュエータの動作量との対応関係が機械的な制約を受けずに設定できることから、車速の高低、旋回程度、加減速の有無等、自動車の走行状態に応じた操舵特性の変更に柔軟に対応できると共に、ステアリングホイールに代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等の適宜の操舵手段を採用でき、設計自由度が向上するという利点を有している。
【０００８】
更には、自動車の前面衝突に伴うステアリングホイールの突き上げを略完全に防止でき、衝突安全性の向上を図り得る上、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｒｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ）、ＡＨＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ ）等、近年その開発が進められている自動運転システムへの対応が容易であるという利点を有する等、従来の舵取装置において実現不能な多くの利点を有しており、自動車技術の発展のために有用なものとして注目されている。
【０００９】
なお、舵取機構に操舵力を加える操舵アクチュエータとしては、走行状態に応じた操舵特性の変更制御の容易性を考慮して、一般的に、電動モータ（操舵モータ）が用いられており、また、舵取機構から切り離された操舵手段には、モータ及びギア機構を備えてなる反力付与手段を付設し、操舵手段に適度の反力を加えることにより、該操舵手段と舵取機構とが機械的に連結されたかの如き感覚での舵取操作を行わせ得るようにしてある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
さて、以上の如く構成された分離型の舵取装置を、従来広く用いられている動力舵取装置と比較した場合、後者における舵取りが、操舵手段たるステアリングホイールに加えられる操作力と、舵取機構に付設された操舵補助用のモータの出力との合力によって行われるのに対し、前者における舵取りは、舵取機構に付設された操舵モータの出力のみによって行われるという相違がある。
【００１１】
従って、分離型の舵取装置において使用される操舵モータとしては、動力舵取装置において使用される操舵補助用のモータに比して大出力のモータが必要であり、出力の増大に伴って大嵩となる操舵モータの配設位置を舵取機構の周辺に確保することが難しいという問題があった。
【００１２】
更には、動力舵取装置において操舵補助用のモータが故障した場合、操舵補助力が失われるに過ぎず、ステアリングホイールに加えられる操作力により舵取りを行わせ得るのに対し、分離型の舵取装置において操舵モータが故障した場合には、舵取りが困難となる虞れがあった。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、舵取機構の周辺における操舵モータの配設位置の確保が容易であり、また、操舵モータが故障した場合においても舵取りが困難となることを未然に防止し得る分離型の舵取装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自動車の舵取装置は、舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車の舵取装置において、前記舵取機構の相異なる位置に前記操舵モータを一対配し、これら夫々の操舵モータに対し、前記必要操舵力を所定の比率にて配分して決定された通常出力と、前記必要操舵力の全量に相当するフェイル出力とを算出する目標出力算出手段と、前記一対の操舵モータの故障の有無を判定する故障判定手段と、該故障判定手段により故障無しの判定がなされた場合、両方の操舵モータを前記通常出力を発生すべく駆動し、前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、故障側の操舵モータの出力を禁じ、非故障側の操舵モータを前記フェイル出力を発生すべく駆動するモータ制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
この発明においては、舵取機構の異なる位置に一対の操舵モータを配し、これらの夫々の操舵モータに対し、操舵手段の操作位置と舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を所定の比率にて配分した通常出力と、前記必要操舵力の全量に相当するフェイル出力とを常に算出しておき、両方の操舵モータが正常である場合、夫々の通常出力を得るべく両操舵モータを駆動して、これらの出力の合力を舵取機構に加えて舵取りを行わせる。これにより、両操舵モータを小型化することができ、舵取機構の周辺への夫々の配設が容易となる。また一対の操舵モータの一方が故障した場合、故障側の操舵モータの出力を禁じると共に、非故障側の操舵モータを、該操舵モータに対して算出されたフェイル出力を発生すべく駆動し、正常時に一対の操舵モータが分担して発生していた必要操舵力の全量を非故障側の操舵モータに直ちに発生させて操舵感の変化を防止する。
【００１８】
また本発明に係る自動車の舵取装置は、前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、警報出力を発生する構成としてあることを特徴とする。
【００１９】
この発明においては、故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合に警報を発生して、非故障側の操舵モータのフェイル出力によりなされる操舵によって十分な操舵力が得られない虞れがあることを運転者に報知する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る自動車の舵取装置（以下本発明装置という）の全体構成を示すブロック図である。
【００２１】
この舵取装置は、車体の左右に配された一対の舵取用の車輪１０，１０に舵取動作を行わせるための舵取機構１と、該舵取機構１から切り離して配された操舵手段たるステアリングホイール２と、該ステアリングホイール２の操作に応じて前記舵取機構１を動作させるべく、後述する制御動作を行う舵取制御部３とを備えてなる。
【００２２】
前記舵取機構１は、公知のラック・ピニオン式の舵取機構であり、車体の左右方向に延設されて軸長方向に摺動するラック軸１１の両端部を、舵取用の車輪１０，１０のナックルアーム１２，１２に各別のタイロッド１３，１３を介して連結し、ラック軸１１の両方向への摺動によりタイロッド１３，１３を介してナックルアーム１２，１２を押し引きし、前記車輪１０，１０を左右に操向させる構成となっている。
【００２３】
この操向を行わせるため本発明装置は、ラック軸１１を軸長方向への摺動自在に支承するラックハウジング１４の中途に一体的に構成された主操舵モータＭ１ と、ラックハウジング１４の一部に交叉する態様に連設されたピニオンハウジング４に取り付けた副操舵モータＭ２ とを備えており、車輪１０，１０の操向は、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の回転を、各別の運動変換機構によりラック軸１１の摺動に変換して行われる。
【００２４】
図２は、主操舵モータＭ１ 及び運動変換機構の構成を示す縦断面図である。本図に示す如く主操舵モータＭ１ は、前記ラック軸１１を軸長方向への摺動自在に支承するラックハウジング１４の中途に一体的に構成されたモータハウジング５０の内部に、これの内面に周設されたステータ５１と、該ステータ５１の内側にわずかな間隙を隔てて対向するロータ５２とを備え、３相ブラシレスモータとして構成されている。
【００２５】
前記ロータ５２は、ラック軸１１の外径よりも大なる内径を有する円筒形をなすロータ筒５３の外周に固設してあり、該ロータ筒５３と共に、モータハウジング５０の一側と、該モータハウジング５０の他側に連続するラックハウジング１４とに夫々内嵌固定された玉軸受５４，５５により両持ち支持され、前記ステータ５１の内側にて同軸回転自在に支承されており、舵取制御部３から後述する如く与えられる動作指令信号に応じて前記ステータ５１への通電がなされることにより、ロータ筒５３と共に正逆両方向に回転するようになしてある。
【００２６】
ロータ筒５３の一側（玉軸受５５による支持部側）外周にはギヤ５６が取り付けてあり、該ギヤ５６は、ラックハウジング１４の対応部位の外側に固設されたロータリエンコーダを用いてなる回転角センサ１５の入力ギヤ １５ａに噛合させてあり、該回転角センサ１５の出力として、ロータ筒５３と一体回転するロータ５２の回転位置が得られるようになしてある。なお、回転角センサ１５の構成はこれに限るものではなく、例えば、前記ギヤ５６の外周に臨ませて磁電型のピックアップを配し、このピックアップにより前記ギヤ５６の歯を検出し、この歯数を計数して回転位置を知る構成とすることも可能である。
【００２７】
ロータ筒５３の他側は、玉軸受５４による支持部を超えて延長され、延長端に一体形成された玉軸受５７により同側のラックハウジング１４内に支持させてあり、この延長部、即ち、玉軸受５４，５７による支持部間は、その内面にボールねじの軌条が形成されたボールナット５８となっている。一方ラック軸１１の中途部には、その外周にボールねじの軌条を所定の長さに亘って備えるボールねじ部５９が形成されており、このボールねじ部５９と前記ボールナット５８とを多数のボールを介して螺合させてボールねじ機構が構成されている。
【００２８】
ラック軸１１は、ラックハウジング１４との間に介装された図示しない回転拘束手段により軸回りの回転を拘束されており、主操舵モータＭ１ の回転、即ち、ステータ５１への通電に伴うロータ５２の回転は、ロータ筒５３の一側に連設されたボールナット５８と、ラック軸１１と一体形成されたボールねじ部５９との螺合により、該ラック軸１１の軸長方向の摺動に直接的に変換されるようになっている。このようにして、主操舵モータＭ１ の回転に応じた舵取り（舵取用の車輪１０，１０の操向）が行われる。
【００２９】
図３は、副操舵モータ（ＤＣモータ）Ｍ２ の取り付け位置近傍の縦断面図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による横断面図である。ラックハウジング１４と交叉するピニオンハウジング４の内部には、軸心回りでの回動自在にピニオン軸４０が支承されている。該ピニオン軸４０は、ラックハウジング１４との交叉部において、ラック軸１１の対応部分に形成されたラック歯に噛合するピニオン４１を一体的に備えており、ピニオン軸４０の回転は、ピニオン４１とラック歯との噛合により、ラック軸１１の軸長方向の摺動に変換されるようになしてある。この実施の形態においては、ラック軸１１に噛合するピニオン４１を前記副操舵モータＭ２ の運動変換機構としている。
【００３０】
ピニオン軸４０の中途部には、ピニオンハウジング４の一部を大径化して形成されたギヤ室４ａの内部において、ウォームホイール４２が同軸的に嵌着固定され、該ウォームホイール４２には、その外周の適宜位置に、ギヤ室４ａの内部に枢支されたウォーム４３が噛合させてある。副操舵モータＭ２ は、ギヤ室４ａの外側に固定されており、ギヤ室４ａ内に進入せしめたその出力軸４４の先端は、スリーブ状の継手４５を介して、前記ウォーム４３の基端部に同軸的に連結されている。
【００３１】
以上の構成により副操舵モータＭ２ が回転した場合、ウォーム４３がその軸回りに回転し、この回転がウォームホイール４２を介してピニオン軸４０に伝達されて、これと一体形成されたピニオン４１が回転し、この回転がラック軸１１の軸長方向の摺動に変換される。このようにして副操舵モータＭ２ の回転に応じた舵取りが行われる。
【００３２】
主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ には、前記舵取制御部３からの動作指令が、図示しない各別の駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って両操舵モータＭ１ ，Ｍ２ が各別に駆動されるようになしてある。この駆動に応じた舵取機構１の動作量は、ラック軸１１と一側のタイロッド１３との連結部の変位を検出するタイロッド変位センサ１６により検出され、舵取用の車輪１０，１０の実舵角θ２ を示す信号として、舵取制御部３に与えられている。
【００３３】
タイロッド変位センサ１６は、図１に略示するように、前記連結部とラックハウジング１４の外側との間に検出シリンダを介装し、該検出シリンダの進退量を媒介として、所望の変位量を検出する構成とすることができる。本図には、一側のタイロッド１３に単一のタイロッド変位センサ１６が取り付けてあるが、実舵角θ２ の検出値は、後述する本発明装置の動作において重要なものであり、一側又は両側のタイロッド１３に複数のタイロッド変位センサを設け、夫々の故障に備えるのが望ましい。
【００３４】
また、両側のタイロッド１３，１３には、これらの軸方向に作用する軸力（引張力又は圧縮力）を検出するタイロッド軸力センサ１７，１７が付設されており、これらの検出結果は、舵取に伴って舵取用の車輪１０，１０に加わる路面反力を示す信号として、舵取制御部３に与えられている。タイロッド軸力センサ１７，１７は、例えば、タイロッド１３，１３の表面に歪ゲージを貼着し、前記路面反力を、これの作用により夫々のタイロッド１３，１３に生じる歪みを媒介として検出する構成とすることができる。
【００３５】
以上の如き舵取動作をなす舵取機構１と機械的に連結せずに配されたステアリングホイール２は、図１中に模式的に示す如く、その回転軸となるコラム軸２０を回転自在に保持するコラムハウジング２１を介して、図示しない車体の適宜部に支持されており、コラムハウジング２１の外側には、これと軸心を交叉させた態様に反力モータ（ＤＣモータ）Ｍ３ が取り付けてある。該反力モータＭ３ は、ピニオンハウジング４に取り付けた副操舵モータＭ２ とピニオン軸４０との関係と同様、コラムハウジング２１の内部において、その出力端に連結された図示しないウォームをコラム軸２０の中途に嵌着された図示しないウォームホイールに噛合させ、これらを介してコラム軸２０に回転力を加え、該コラム軸２０の上端に固定されたステアリングホイール２に、その操作方向と逆向きの反力を付与するようになしてある。
【００３６】
反力モータＭ３ によるステアリングホイール２への反力付与は、舵取に伴って舵取用の車輪１０，１０に実際に加わる路面反力をステアリングホイール２に模擬的に加え、運転者に体感せしめるべく行われるものであり、反力モータＭ３ には、前記舵取制御部３からの動作指令が、図示しない駆動回路を介して与えられており、この動作指令に従って駆動される。
【００３７】
従って、ステアリングホイール２の回転操作には、反力モータＭ３ が発生する反力に抗する操舵トルクを加える必要があり、このようにしてステアリングホイール２に加えられる操舵トルクは、コラムハウジング２１の中途部に付設されたトルクセンサ２２により検出され、またステアリングホイール２の操作量は、反力モータＭ３ の両側に配した一対の操舵角センサ２３，２４により、操作方向を含めて検出され、これらの検出結果は、ステアリングホイール２の操作状態を示す信号として前記舵取制御部３に与えられている。
【００３８】
操舵角センサ２３，２４の検出値として与えられるステアリングホイール２の操舵角θ１ は、舵取制御部３において、後述の如く、前記タイロッド変位センサ１６により検出される実舵角θ２ との偏差に基づいて主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の夫々が発生すべき駆動トルクの目標値を得るために用いられる重要な検出値である。この実施の形態において一対の操舵角センサ２３，２４が設けてあるのは、夫々の故障時に、誤った検出結果に基づく制御動作が行われることを防ぐためであり、通常時は一方の操舵角センサ２３の検出値を用い、他方の操舵角センサ２４は、通常使用される操舵角センサ２３の故障時におけるフェイルセーフ用として用いられる。なお、トルクセンサ２２により検出される操舵トルクは、反力モータＭ３ が発生する反力のフィードバック信号として、反力モータＭ３ の故障判定に用いられる。
【００３９】
なお、ステアリングホイール２を支持するコラム軸２０は、コラムハウジング２１の内部に配した図示しないセンタリングばねにより付勢されており、ステアリングホイール２は、その回転操作が停止されたとき、コラム軸２０に作用する前記センタリングばねのばね力により中立位置に復帰せしめられるようになしてある。この復帰は、舵取機構１側において生じる車輪１０，１０の直進方向への復帰に伴ってステアリングホイール２を戻すために必要なものである。
【００４０】
以上の如く舵取制御部３には、舵取機構１の側にて実際に生じている舵取の状態が、回転角センサ１５、タイロッド変位センサ１６及びタイロッド軸力センサ１７，１７からの入力として与えられ、また操舵手段としてのステアリングホイール２の操作の状態が、トルクセンサ２２及び操舵角センサ２３，２４からの入力として与えられており、これらに加えて舵取制御部３の入力側には、車両の走行速度を検出する車速センサ５，６の出力、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ７の出力、車両の横加速度を検出する横加速度センサ８の出力、及び車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ９の出力が夫々与えられている。
【００４１】
車速センサ５，６は、例えば、車速に対応する前輪又は後輪の回転速度を検出する回転速度センサであればよい。一対の車速センサ５，６を設けたのは、タイロッド変位センサ１６及び操舵角センサ２３，２４と同様、一方の故障時に他方をフェイルセーフ用として用いるためである。また、ヨーレートセンサ７及び横加速度センサ８は、共に車両の旋回状態を知るためのものであり、これらもまた、一方の故障時に他方をフェイルセーフ用として用いるようにしてある。通常時には、ヨーレートセンサ７の出力を旋回状態を示す信号として用いる。
【００４２】
一方、舵取制御部３の出力は、前述した如く、舵取機構１に舵取動作を行わせるための主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ と、ステアリングホイール２に反力を付与する反力モータＭ３ とに各別の駆動回路を介して与えられており、主操舵モータＭ１ 、副操舵モータＭ２ 及び反力モータＭ３ は、舵取制御部３からの動作指令に応じて各別に駆動されるようになしてある。
【００４３】
舵取制御部３による主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御は、図５及び図６に示すフローチャートに従って行われる。舵取制御部３は、エンジン始動のためのキースイッチのオン操作に応じてその動作を開始し、入力側に接続された操舵角センサ２３（又は操舵角センサ２４）及びタイロッド変位センサ１６の出力を所定のサンプリング周期にて取り込み（ステップ１）、同じく車速センサ５（又は車速センサ６）、及びヨーレートセンサ７（又は横加速度センサ８）の出力を取り込む（ステップ２）。
【００４４】
次いで舵取制御部３は、操舵角センサ２３からの入力によりステアリングホイール２の操作量を示す操舵角θ１ を求め（ステップ３）、得られた操舵角θ１ を次式に適用して目標舵角Θを演算する（ステップ４）。
【００４５】
Θ＝Ｋ０ ・Ｋ１ ・Ｋ２ ・θ１ …（１）
【００４６】
（１）式中のＫ０ は、操舵角θ１ と目標舵角Θとを対応づけるための比例定数であり、Ｋ１ ，Ｋ２ は、夫々補正係数である。Ｋ１ は、車速の高低に応じて操舵特性を変えるための補正係数であり、車速が所定速度を超えている高速走行中には小さく、車速が前記所定速度以下となる低速走行中には、例えば、車速の低下に応じて比例的に増大するように、前記車速センサ５による検出車速の高低に応じて設定される。またＫ２ は、車両の旋回の状態に応じて操舵特性を変えるための補正係数であり、旋回程度が大となるに従って小さくなるように、前記ヨーレートセンサ７により検出される実ヨーレートの大小に応じて設定される。
【００４７】
即ち、ステップ４において得られる目標舵角Θは、ステアリングホイール２の操作量を示す操舵角θ１ に対し、高速走行中には小さく、低速走行中には大きくなり、また旋回中には、急旋回になるに従って小さくなる。
【００４８】
次いで舵取制御部３は、タイロッド変位センサ１６からの入力により舵取機構１において実際に生じている実舵角θ２ を求め（ステップ５）、前記目標舵角Θとの偏差（舵角偏差Δθ＝Θ−θ２ ）を算出し（ステップ６）、この舵角偏差Δθに基づくＰＩＤ演算により、前記目標舵角Θを実現するために必要となる必要操舵力Ｆを求める（ステップ７）。
【００４９】
その後、舵取制御部３は、前記必要操舵力Ｆを主操舵モータＭ１ と副操舵モータＭ２ とに配分し、夫々の配分力に対応する通常出力Ｆ１ ，Ｆ２ を求め（ステップ８）、更には、主操舵モータＭ１ と副操舵モータＭ２ とが前記必要操舵力Ｆの全量を夫々単独にて発生するために必要なフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′を求める（ステップ９）。
【００５０】
主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ への必要操舵力Ｆの配分は、例えば、主操舵モータＭ１ を２とし、副操舵モータＭ２ を１とする等、予め設定された所定の配分比率にて行われる。また、フェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′は、夫々のモータに最大定格電流を流したときに得られる最大出力を上限として設定される。
【００５１】
以上の如く、通常出力Ｆ１ ，Ｆ２ 及びフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′を算出した後、舵取制御部３は、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の夫々に対しフェイルの有無を判定する（ステップ１０，１１）。この判定の結果、両者が共に正常である判定された場合、通常出力Ｆ１ 及びＦ２ を発するために必要な主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の駆動電流Ａ１ 及びＡ２ を夫々求め（ステップ１２）、これらを出力して、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ を通常駆動する動作をなす（ステップ１３）。この動作は、キースイッチがオフ操作されるまで繰り返し行われる。
【００５２】
なお、主操舵モータＭ１ に付設された回転角センサ１５からの舵取制御部３への入力は、駆動電流Ａ１ の出力に際して主操舵モータＭ１ の回転位置を認識し、駆動電流Ａ１ の位相調整を行うために用いられる。
【００５３】
以上の動作により、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ が共に正常動作可能な状態にある場合（一般的にはこの状態にある）、舵取機構１には、主操舵モータＭ１ の出力Ｆ１ と副操舵モータＭ２ の出力Ｆ２ との合力として必要操舵力Ｆが加えられる。従って、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ は、必要操舵力Ｆの一部を負担すれば良く、両モータＭ１ ，Ｍ２ を小型化することができ、舵取機構１の周辺への配設が容易に行えるようになる。
【００５４】
主操舵モータＭ１ は、図２に示す如く、ラック軸１１を支承するラックハウジング１４の中途部に一体的に構成されており、ラック軸１１の周囲に大なる空間を占めることなく配設し得る。また副操舵モータＭ２ は、図３及び図４に示す如く、舵取機構１とステアリングホイール２とが連結された連結型のラック・ピニオン式舵取装置において、ラック軸１１の中途部に噛合するピニオン軸４０を利用し、該ピニオン軸４０に回転力を加える構成としてあり、既存の舵取機構１に無理なく配設することが可能である。
【００５５】
なお、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の構成は、以上の実施の形態に示す構成に限らず、他の構成を採用し得ることは言うまでもない。またステップ１０及びステップ１１における主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ のフェイル判定は、これらの駆動電流の時間的な変化を監視する等、各種のモータにおいて通常行われているフェイル判定の手法を用いて行えばよい。
【００５６】
ステップ１０での前記判定の結果、主操舵モータＭ１ がフェイル状態にあると判定された場合、舵取制御部３は、非故障側の副操舵モータＭ２ が前記フェイル出力Ｆ２ ′を発するために必要な駆動電流Ａ２ ′を求め（ステップ１４）、副操舵モータＭ２ への動作指令として出力し、これをフェイル駆動する動作を行い（ステップ１５）、また、ステップ１１での前記判定の結果、副操舵モータＭ２ がフェイル状態にあると判定された場合、非故障側の主操舵モータＭ１ が前記フェイル出力Ｆ１ ′を発するために必要な駆動電流Ａ１ ′を求め（ステップ１６）、主操舵モータＭ１ への動作指令として出力し、これをフェイル駆動する動作を行う（ステップ１７）。そしてこれらの場合、出力側に接続された図示しない警報手段を動作させ、警報を出力する（ステップ１８）。
【００５７】
以上の動作により、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ のいずれかがフェイル状態に陥った場合、他方がフェイル駆動される結果、舵取不能の発生を未然に防止することができる。またこのとき、非故障側の操舵モータＭ１ 又はＭ２ に対し、必要操舵力Ｆの全量を単独にて発生することを前提として予め算定されたフェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′への切り換えが行われるから、故障前に両操舵モータＭ１ 及びＭ２ が分担して発生していた必要操舵力Ｆを速やかに発生することができ、操舵力の急変を防止することができる。
【００５８】
但し、フェイル出力Ｆ１ ′，Ｆ２ ′の算定は、前述の如く、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の最大出力を上限として設定されるから、一般的な走行状態での舵取りは支障なく行えるが、悪路での急旋回等、特殊な走行状態下において必要操舵力Ｆの全量の発生が困難となる場合が生じる。ステップ１８での警報出力は、十分な操舵力が得られない虞れがあることを運転者に報知するためになされるものである。
【００５９】
このように本発明装置においては、舵取機構１の相異なる位置に一対の操舵モータ（主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ ）を配し、これらの出力の合力により舵取りを行わせる構成としてあるから、両操舵モータＭ１ ，Ｍ２ を小型化することができ、舵取機構１の周辺の限られた空間への配設が容易となる上、一方が故障した場合であっても舵取不能に陥る虞れがなく、安全性の向上に寄与できる。更に、一対の操舵角センサ２３，２４を配する等、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御において使用する各値を検出するためのセンサは夫々二重系とし、一方を他方のフェイルセーフ用として用いることにより、誤った検出結果に基づく制御動作がなされることを防ぐ構成となっている。
【００６０】
舵取制御部３は、以上の如き主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の制御に加えて、反力モータＭ３ の制御動作を行う。この制御は、車輪１０，１０に実際に作用する路面反力をタイロッド軸力センサ１７，１７からの入力として認識し、基本的には、これに所定の係数を乗じて得られる疑似反力をステアリングホイール２に付与すべく反力モータＭ３ の駆動トルクの目標値を定め、この目標値を得るべく反力モータＭ３ に動作指令を発する手順にて行われる。
【００６１】
このとき、車速センサ５による車速の検出値、ヨーレートセンサ７によるヨーレートの検出値、及び前後加速度センサ９による前後加速度の検出値は、前記係数の補正に用いられる。例えば、車速及びヨーレートの検出値は、これらの増大に応じて前記係数を増量補正すべく用いられ、前後加速度の検出値は、減速状態の検出時に、その程度に応じて前記係数を増量補正すべく用いられて、このように補正された係数を用いて決定された疑似反力がステアリングホイール２に加えられる。
【００６２】
この結果、ステアリングホイール２は、車速の上昇に応じて重く、車速の低下に応じて軽くなり、高速走行時における直進安定性の向上と、低速走行時又は停車時における操作力の軽減とが合わせて達成される。またステアリングホイール２は、旋回程度が大となるに従って重くなり、旋回状態にあった重さを与えることができる。更にステアリングホイール２は、減速時には重くなり、減速に伴う前輪荷重の増大を運転者に体感させることができる。
【００６３】
なお以上の実施の形態は、本発明装置の一例を示すものであり、前述の如く、主操舵モータＭ１ 及び副操舵モータＭ２ の構成、並びに配設態様を限定するものではなく、また、反力モータＭ３ の構成及び配設態様についても同様である。また、操舵手段として、ステアリングホイール２に代えて、レバー、ハンドグリップ、ペダル等、他の手段を用い得ることは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明装置においては、舵取機構の異なる位置に一対の操舵モータを配し、これらの操舵モータの故障の有無を判定して、両方の操舵モータが故障無しと判定されたとき、必要操舵力を所定の比率にて配分して得られる通常出力を得るべく両方の操舵モータを駆動して、両者の出力を合わせて舵取りを行わせる構成としてあるから、両操舵モータを共に小型化することができ、舵取機構の周辺の限られた空間内への夫々の配設が容易となり、無理のない構成が可能となる上、いずれかの操舵モータに故障有りの判定がなされたとき、故障側の操舵モータの出力を禁じ、必要操舵力の全量に相当するフェイル出力を得るべく非故障側の操舵モータを駆動して、該操舵モータが発生する大出力により舵取りを行わせるから、操舵が困難となることを防止することができ、また故障の前後における操舵感の急変を抑えることができる。
【００６６】
更に、いずれかの操舵モータに故障有りの判定がなされ、非故障側の操舵モータの発生力のみによって舵取りがなされている場合に警報出力を発生するから、モータ故障の発生を速やかに運転者に気付かせることができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自動車の舵取装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】主操舵モータ及び運動変換機構の一例を示す要部の縦断面図である。
【図３】副操舵モータの取り付け位置近傍の縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線による横断面図である。
【図５】主操舵モータ及び副操舵モータの制御内容を示すフローチャートである。
【図６】主操舵モータ及び副操舵モータの制御内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 舵取機構
２ ステアリングホイール
３ 舵取制御部
５ 車速センサ
６ 車速センサ
７ ヨーレートセンサ
８ 横加速度センサ
９ 前後加速度センサ
１０ 車輪
１１ ラック軸
１３ タイロッド
１５ 回転角センサ
１６ タイロッド変位センサ
１７ タイロッド軸力センサ
２２ トルクセンサ
２３ 操舵角センサ
２４ 操舵角センサ
Ｍ１ 主操舵モータ
Ｍ２ 副操舵モータ
Ｍ３ 反力モータ
Claims (2)
- 舵取機構と機械的に連結されていない操舵手段と、前記舵取機構にその出力を加える操舵モータとを備え、前記操舵手段の操作位置と前記舵取機構の実動作位置との偏差に基づいて求めた必要操舵力を得るべく前記操舵モータを駆動し、前記操舵手段の操作に応じた舵取りを行わせるようにした自動車の舵取装置において、前記舵取機構の相異なる位置に前記操舵モータを一対配し、これら夫々の操舵モータに対し、前記必要操舵力を所定の比率にて配分して決定された通常出力と、前記必要操舵力の全量に相当するフェイル出力とを算出する目標出力算出手段と、前記一対の操舵モータの故障の有無を判定する故障判定手段と、該故障判定手段により故障無しの判定がなされた場合、両方の操舵モータを前記通常出力を発生すべく駆動し、前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、故障側の操舵モータの出力を禁じ、非故障側の操舵モータを前記フェイル出力を発生すべく駆動するモータ制御手段とを具備することを特徴とする自動車の舵取装置。
- 前記故障判定手段により故障有りの判定がなされた場合、警報出力を発生する構成としてある請求項１記載の自動車の舵取装置。
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