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JP3837317B2 - Vehicle steering system - Google Patents

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JP3837317B2
JP3837317B2 JP2001307723A JP2001307723A JP3837317B2 JP 3837317 B2 JP3837317 B2 JP 3837317B2 JP 2001307723 A JP2001307723 A JP 2001307723A JP 2001307723 A JP2001307723 A JP 2001307723A JP 3837317 B2 JP3837317 B2 JP 3837317B2
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JP
Japan
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control unit
steering
main
reaction force
actuator
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JP2001307723A
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雅也 瀬川
真康 東
真悟 前田
友保 嘉田
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JTEKT Corp
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JTEKT Corp
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Publication date
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステアリングホイールなどの操作部材の操作に基づいて、この操作部材に対して機械的な結合を持たない舵取り機構を駆動して舵取り車輪を転舵させる構成の車両用操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステアリングホイールと舵取り車輪を転舵するための舵取り機構との機械的な結合をなくし、ステアリングホイールの操作方向および操作量を検出するとともに、その検出結果に基づいて、舵取り機構に電動モータなどの操舵アクチュエータからの駆動力を与えるようにした車両用操舵装置(いわゆるステア・バイ・ワイヤ・システム)が提案されている。
【0003】
このような構成を採用することにより、車両の走行状況などに応じて、ステアリングホイールの回転量と舵取り車輪の転舵量との比(ギヤ比)を自由に変更することができ、車両の運動性能の向上を図ることができる。また、上記のような構成には、衝突時におけるステアリングホイールの突き上げを防止できるという利点や、ステアリングホイールの配設位置の自由度が増すという利点もある。
図2は、ステア・バイ・ワイヤシステムの電気的構成を示すブロック図である。ステアリングホイールの操作方向および操作量等の検出信号は、主制御電子制御ユニット(ECU)101に入力される。舵取り機構には、主操舵モータ105および副操舵モータ106が結合されており、ステアリングホイールには、反力モータ107が結合されている。主操舵モータ105および副操舵モータ106は、いずれも、舵取り機構に駆動力を与えて舵取り車輪の転舵を起こさせるためのものであるが、副操舵モータ106は、主操舵モータ105やその制御系等に異常が生じた場合に、舵取り機構に駆動力を与えるように動作する。また、反力モータ107は、路面反力に対応した反力をステアリングホイールに与える。
【0004】
主操舵モータ105は、主操舵電子制御ユニット102によって駆動制御される。具体的には、主操舵電子制御ユニット102は、主操舵モータ105に駆動電流を与える主操舵駆動部108と、この主操舵駆動部108を制御する主操舵制御部111とを有している。
副操舵モータ106は、副操舵電子制御ユニット103によって駆動制御される。具体的には、副操舵電子制御ユニット103は、副操舵モータ106に駆動電流を与える副操舵駆動部109と、この副操舵駆動部109を制御する副操舵制御部112とを有する。
【0005】
反力モータ107も同様に、反力電子制御ユニット104によって駆動制御されるようになっていて、反力電子制御ユニット104は、反力モータ107に駆動電流を与える反力駆動部110と、この反力駆動部を制御する反力制御部113とを有している。
主操舵駆動部108、副操舵駆動部109および反力駆動部110は、パワー素子を含むドライバ回路であり、主操舵制御部111、副操舵制御部112および反力制御部113は、電流フィードバック制御のための制御指令をそれぞれ出力する。そして、これらの主操舵制御部111、副操舵制御部112および反力制御部113が、主制御電子制御ユニット101によって統合制御されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の構成では、4つの電子制御ユニット101〜104とこれらの間での信号の受け渡しのためのハーネスとが必要であるため、構成が複雑であり、コスト高となっていた。
また、電子制御ユニットの数およびハーネスの数が多いため、多種多様な故障モードを考慮してシステム全体の設計を行う必要があり、このことがシステムの設計を困難にし、かつ、コスト高の別の要因となっていた。
【0007】
一方、主操舵モータ105、副操舵モータ106および反力モータ107の制御に必要なセンサ信号は、主制御電子制御ユニット101に入力されるようになっている。そして、主制御電子制御ユニット101の故障時には、その電源が遮断されるとともに、センサ信号は、主操舵電子制御ユニット102等に与えられるようになっている。
しかし、主操舵電子制御ユニット102は、電流フィードバック制御等の基本的な制御を行うのみであるから、必ずしも適切に舵取り機構を制御できるわけではない。したがって、制御機能に制限がある。
【0008】
また、主操舵電子制御ユニット102は、主操舵モータ105に大電流を供給する働きを有するため故障が生じやすく、この主操舵電子制御ユニット102に故障が生じれば、副操舵電子制御ユニット103によって制御される副操舵モータ106によって舵取り機構が駆動されることになる。しかし、副操舵モータ106は、通常、主操舵モータ105よりも機能的に劣っているため、機能制限が生じることは免れない。とくに、主制御電子制御ユニット101および主操舵電子制御ユニット102に故障が生じたときには、大きな機能制限を受けることになる。
【0009】
さらに、故障発生時における主制御電子制御ユニット101の電源の遮断は、自らの処理によって行うようになっていて、主操舵電子制御ユニット102または副操舵電子制御ユニット103からは、主制御電子制御ユニット101の電源を遮断できない。そのため、主制御電子制御ユニット101が暴走し、その電源が遮断されない場合には、主操舵モータ105が意図しない動作を起こすおそれがある。
【0010】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、主制御部に故障が生じても舵取り機構の制御を安定して行える車両用操舵装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、車両の操向のための操作部材(30)と、この操作部材とは機械的に非連結状態で設けられて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構(10)と、上記舵取り機構に駆動力を与える主操舵アクチュエータ(51M)と、上記操作部材に路面反力に対応した反力を与える反力アクチュエータ(40)と、上記主操舵アクチュエータを含む主操舵駆動系(50M)の故障時に上記舵取り機構に駆動力を与える副操舵アクチュエータ(51S)と、上記主操舵アクチュエータをフィードバック制御するための主操舵制御部(61M)と、上記反力アクチュエータをフィードバック制御するための反力制御部(45)と、上記副操舵アクチュエータをフィードバック制御するための副操舵制御部(61S)と、センサ類(41,42,52M,52S,15,70)からの入力信号に基づいて、上記主操舵制御部反力制御部および副操舵制御部における各フィードバック制御に必要な処理含む統括制御を行うための第1の主制御部(81)と、上記センサ類からの入力信号に基づいて、上記主操舵制御部、反力制御部および副操舵制御部における各フィードバック制御に必要な処理を含む統括制御を行うための第2の主制御部(82)とを含み、上記主操舵制御部、反力制御部および副操舵制御部は、上記第1の主制御部および第2の主制御部のうちのいずれか一方によって統括制御されるようになっており、上記第1の主制御部および上記主操舵制御部が第1の電子制御ユニット(U1)に統合されており、上記第2の主制御部および上記反力制御部が、上記第1の電子制御ユニットとの間で異常発生の相互監視を行う第2の電子制御ユニット(U2)に統合されており、上記副操舵制御部は、第3の電子制御ユニット(U3)に備えられていることを特徴とする車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
【0012】
上記の構成によれば、第1の電子制御ユニットに第1の主制御部および主操舵制御部が統合されており、第2の電子制御ユニットに第2の主制御部および反力制御部が統合されている。そして、第1および第2の電子制御ユニットは、相互に異常発生を監視している。これにより、たとえば、一方の電子制御ユニットの主制御部に異常が生じたとしても、他方の電子制御ユニットの主制御部によって、主操舵制御部および反力制御部を統括制御することができる。したがって、一方の主制御部に故障が生じても、機能制限が生じることはなく、舵取り機構の制御を安定して行える。
【0013】
また、第1の主制御部および主操舵制御部を第1の電子制御ユニットに統合し、第2の主制御部および反力制御部を第2の電子制御ユニットに統合したことによって、電子制御ユニットの数を少なくすることができる。これに応じて、電子制御ユニット間のハーネスを減少させることができ、故障モードを少なくすることができる。これにより、構成が簡素化されるとともに、コストの低減に寄与することができる。
【0014】
また、第1の電子制御ユニットにおいて、第1の主制御部と主操舵制御部との間で異常発生の相互監視を行うようにすることができる。これにより、第1の主制御部に異常が発生したときには、たとえば、異常発生直前と同じ制御指令値に基づいて主操舵アクチュエータを駆動するなどして、舵取り機構の意図しない動作を回避できる。第2の電子制御ユニットに関しても同様である。
また、第1の電子制御ユニットにおいて、第1の主制御部に故障が生じたときには、その少なくとも一部の機能を主操舵制御部によって代替することが可能になる。これにより、第1の主制御部に異常が生じても、第1の電子制御ユニットの電源を遮断する必要がないから、第1の主制御部から他の制御部へと与えられるセンサ信号等のレベルに急変が生じることがなく、異常な制御が行われることがない。
【0015】
第1および第2の主制御部の両方に故障が生じたときには、主操舵制御部および反力制御部によって、限定的な制御を行えばよい
【0016】
また、この発明では、主操舵駆動系の故障時には、副操舵アクチュエータによって舵取り機構に駆動力が与えられる。この場合に、第1および第2の主制御部のいずれかにおいて同時に故障が生じていても、副操舵制御部は、いずれかの正常な主制御部の統括制御を受けつつ副操舵アクチュエータを制御できる。したがって、機能制限が少なく、舵取り機構を良好に制御できる。
第3の電子制御ユニットは、第1および第2の電子制御ユニットにおける異常発生を監視していてもよい。そして、たとえば、第1および第2の主制御部の両方が故障し、さらに主操舵駆動系にも同時に故障が生じたときには、副操舵制御部が、単独で、副操舵アクチュエータを制御して舵取り機構を駆動することとすればよい。これにより、車両用操舵装置の安全性を向上できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の基本的な構成を説明するための概念図である。この車両用操舵装置は、一対の舵取り車輪(通常は前輪)W,Wに舵取り動作を行わせるための舵取り機構10と、この舵取り機構10に対して機械的な結合のない状態で設けられたステアリングホイール30とを備えている。
【0018】
この車両用操舵装置は、舵取り機構10を駆動するための操舵駆動系が、主操舵駆動系50Mと副操舵駆動系50Sとの二重系とされている。主操舵駆動系50Mは、主操舵アクチュエータ51Mと、この主操舵アクチュエータ51Mの回転角を検出するための主回転角センサ52Mとを含む。一方、副操舵駆動系50Sは、副操舵アクチュエータ51Sと、この副操舵アクチュエータ51Sの回転角を検出するための副回転角センサ52Sとを含む。主操舵アクチュエータ51Mおよび副操舵アクチュエータ51Sは、たとえば、いずれも電動モータで構成されている。
【0019】
舵取り機構10は、車体の左右方向に延びて配置された操舵軸11と、この操舵軸11の両端部にタイロッド12,12を介して結合され、舵取り車輪W,Wを支持するナックルアーム13,13とを有している。操舵軸11は、ハウジング14に支承されて軸方向に摺動可能にされており、その途中部に、主操舵アクチュエータ51Mが同軸的に組み込まれている。
また、操舵軸11の一部には、ラックギヤ11aが形成されており、このラックギヤ11aには、シャフト21の先端のピニオンギヤ22が噛合している。シャフト21には、副操舵アクチュエータ51Sが結合されており、副操舵アクチュエータ51Sが発生する駆動力がシャフト21に入力されるようになっている。
【0020】
この構成により、主操舵アクチュエータ51Mが駆動されると、主操舵アクチュエータ51Mの回転がボールねじなどからなる運動変換機構によって操舵軸11の摺動に変換され、この操舵軸11の摺動により舵取り車輪W,Wの操舵が達成される。また、副操舵アクチュエータ51Sが駆動されると、副操舵アクチュエータ51Sによるシャフト21の回転がピニオンギヤ22およびラックギヤ11aによって操舵軸11の摺動に変換され、この操舵軸11の摺動により舵取り車輪W,Wの操舵が達成される。
【0021】
ステアリングホイール30には、このステアリングホイール30に対して路面反力に相当する反力を付与するための反力アクチュエータ40が結合されている。
反力アクチュエータ40は、ステアリングホイール30に結合されたシャフト23を回転軸とする電動モータ(たとえば、三相ブラシレスモータ)で構成されており、そのケーシングが車体の適所に固定されている。反力アクチュエータ40には、ステアリングホイール30から入力される操舵トルクを検出するためのトルクセンサ41と、ステアリングホイール30の操作角を検出するための操作角センサ42とが付設されている。
【0022】
反力アクチュエータ40、主操舵アクチュエータ51Mおよび副操舵アクチュエータ51Sには、駆動回路43,53M,53Sから、駆動電流が供給されるようになっている。
トルクセンサ41、操作角センサ42、主回転角センサ52M、副回転角センサ52Sの検出信号は、第1および第2の電子制御ユニット(ECU)U1,U2に共通に入力されている。また、操舵軸11に関連して、この操舵軸11の軸方向位置を検出するための転舵位置センサ15が設けられており、この転舵位置センサ15の検出信号も第1および第2の電子制御ユニットU1,U2に共通に入力されるようになっている。第1および第2の電子制御ユニットU1,U2には、さらに、車速を検出するための車速センサ70の検出信号が共通に入力されるようになっている。この車速センサ70は、たとえば、車輪の回転速度を検出する車輪速センサによって構成することができる。
【0023】
第1の電子制御ユニットU1は、主操舵アクチュエータ51Mのための駆動回路(主操舵駆動回路)53Mに制御信号を与えて主操舵アクチュエータ51Mを電流フィードバック制御するための主操舵制御部61Mと、全体を統括制御するための第1の主制御部81とをユニット内に有している。これにより、電子制御ユニットの数が少なくされ、それに応じてハーネスの数が少なくなっている。これにより、コストを低減できるうえ、ハーネスの断線故障等の故障モードの数を少なくすることができる。
【0024】
主操舵制御部61Mおよび第1の主制御部81は、それぞれCPU(中央処理装置)を備えていて、互いの動作を監視している。そして、いずれか一方の制御部の動作に異常が生じたときには、正常な他方の制御部により、当該異常が生じた制御部の動作が引き継がれるようになっている。したがって、たとえば、第1の主制御部81に異常が生じても、第1の電子制御ユニットU1の電源を遮断したりする必要がない。
【0025】
第2の電子制御ユニットU2は、反力アクチュエータ40のための駆動回路(反力駆動回路)43に制御信号を与えて反力アクチュエータ40を電流フィードバック制御するための反力制御部45と、全体を統括制御するための第2の主制御部82とをユニット内に有している。これにより、電子制御ユニットの数およびハーネスの数が少なくされて、コストの低減および故障モードの数の減少が図られている。
【0026】
反力制御部45および第2の主制御部82は、それぞれCPUを備えていて、互いの動作を監視している。そして、いずれか一方の制御部の動作に異常が生じたときには、正常な他方の制御部により、当該異常が生じた制御部の動作が引き継がれるようになっている。したがって、たとえば、第2の主制御部81に異常が生じても、第2の電子制御ユニットU2の電源を遮断したりする必要がない。副操舵アクチュエータ51Sを電流フィードバック制御するために、第3の電子制御ユニットU3が設けられている。この第3の電子制御ユニットU3は、副操舵アクチュエータ51Sのための駆動回路(副操舵駆動回路)53Sと、この副操舵駆動回路53Sに制御信号を与えて副操舵アクチュエータ51Sを電流フィードバック制御するための副操舵制御部61Sとをユニット内に有している。副操舵制御部61Sは、CPUを含む。
【0027】
第1および第2の主制御部81,82は、それぞれ、上記センサ類41,42,52M,52S,15,70からの入力信号に基づいて、主操舵制御部61M、副操舵制御部61Sおよび反力制御部45における各電流フィードバック制御に必要な処理を含む統括制御を実行することができる。主操舵制御部61M、副操舵制御部61Sおよび反力制御部45は、第1および第2の主制御部81,82のいずれか一方によって統括制御される。
第1および第2の電子制御ユニットU1,U2は、互いの動作を監視していて、第1および第2の主制御部81,82のうちの一方に異常が生じたときには、正常な他方の主制御部によって、主操舵制御部61M、副操舵制御部61Sおよび反力制御部45の統括制御を行う。したがって、一方の主制御部に異常が生じた場合でも、機能制限を受けることなく、舵取り機構10を良好に制御することができる。
【0028】
第1および第2の主制御部81,82の両方に異常が生じたときには、このことは、主操舵制御部61Mおよび反力制御部45によってそれぞれ検出される。そして、主操舵制御部61Mおよび反力制御部45は、第1または第2の主制御部81,82に依存することなく、独立して、主操舵アクチュエータ51Mおよび反力アクチュエータ40の制御を行うことになる。たとえば、異常発生直前における制御指令を維持することとすれば、第1または第2の主制御部81,82からの異常な信号に起因する舵取り機構10の意図しない動作を防止できる。
【0029】
第3の電子制御ユニットU3は、第1および第2の電子制御ユニットU1,U2における第1および第2の主制御部81,82の動作を監視している。そして、主操舵制御部61M、主操舵駆動回路53Mおよび主操舵アクチュエータ51Mのいずれかに異常が発生すると(すなわち、主操舵駆動系50Mに異常が発生すると)、第1または第2の主制御部81,82(すなわち、第1および第2の主制御部81,82のうちのいずれか一方)による統括制御を受けつつ、副操舵アクチュエータ51Sを駆動制御する。したがって、機能制限の少ない制御が可能である。
【0030】
主操舵駆動系50Mに故障が生じているときに、第1および第2の主制御部81,82の両方に異常が発生したときには、副操舵制御部61Sは、これらに依存することなく、副操舵アクチュエータ51Sの制御を行う。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、主操舵駆動回路53Mを第1の電子制御ユニットU1に統合したり、主操舵アクチュエータ51Mに一体化したりして、ハーネスの減少を図ることができる。同様に、反力駆動回路43を第2の電子制御ユニットU2に統合したり、反力アクチュエータ40に一体化したりしてもよい。また、第3の電子制御ユニットU3を副操舵アクチュエータ51Sに一体化してもよい。
【0031】
また、上述の実施形態では、操作部材としてステアリングホイール30が用いられる例について説明したが、この他にも、レバーなどの他の操作部材が用いられてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の構成を説明するための概念図である。
【図2】従来技術に係る車両用操舵装置の構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
10 舵取り機構
30 ステアリングホイール
40 反力アクチュエータ
43 反力駆動回路
45 反力制御部
50M 主操舵駆動系
50S 副操舵駆動系
51M 主操舵アクチュエータ
51S 副操舵アクチュエータ
53M 主操舵駆動回路
53S 副操舵駆動回路
61M 主操舵制御部
61S 副操舵制御部
81 第1の主制御部
82 第2の主制御部
U1 第1の電子制御ユニット
U2 第2の電子制御ユニット
U3 第3の電子制御ユニット
W 舵取り車輪
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle steering apparatus configured to drive a steering mechanism that has no mechanical coupling to an operation member such as a steering wheel to steer steering wheels.
[0002]
[Prior art]
The mechanical connection between the steering wheel and the steering mechanism for steering the steering wheel is eliminated, and the steering wheel operation direction and operation amount are detected. On the basis of the detection result, the steering mechanism is steered by an electric motor or the like. A vehicle steering device (so-called steer-by-wire system) in which a driving force from an actuator is applied has been proposed.
[0003]
By adopting such a configuration, it is possible to freely change the ratio (gear ratio) between the rotation amount of the steering wheel and the steering wheel according to the traveling state of the vehicle, and the movement of the vehicle. The performance can be improved. In addition, the configuration as described above also has an advantage that the steering wheel can be prevented from being pushed up at the time of a collision, and an advantage that the degree of freedom of the arrangement position of the steering wheel is increased.
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the steer-by-wire system. Detection signals such as an operation direction and an operation amount of the steering wheel are input to a main control electronic control unit (ECU) 101. A main steering motor 105 and a sub steering motor 106 are coupled to the steering mechanism, and a reaction force motor 107 is coupled to the steering wheel. Both the main steering motor 105 and the auxiliary steering motor 106 are for applying a driving force to the steering mechanism to cause the steering wheels to steer, but the auxiliary steering motor 106 is the main steering motor 105 and its control. When abnormality occurs in the system or the like, it operates so as to give a driving force to the steering mechanism. The reaction force motor 107 applies a reaction force corresponding to the road surface reaction force to the steering wheel.
[0004]
The main steering motor 105 is driven and controlled by the main steering electronic control unit 102. Specifically, the main steering electronic control unit 102 includes a main steering drive unit 108 that supplies a drive current to the main steering motor 105, and a main steering control unit 111 that controls the main steering drive unit 108.
The auxiliary steering motor 106 is driven and controlled by the auxiliary steering electronic control unit 103. Specifically, the secondary steering electronic control unit 103 includes a secondary steering drive unit 109 that supplies a drive current to the secondary steering motor 106 and a secondary steering control unit 112 that controls the secondary steering drive unit 109.
[0005]
Similarly, the reaction force motor 107 is driven and controlled by the reaction force electronic control unit 104. The reaction force electronic control unit 104 includes a reaction force drive unit 110 that supplies a drive current to the reaction force motor 107, and And a reaction force control unit 113 that controls the reaction force drive unit.
The main steering driving unit 108, the auxiliary steering driving unit 109, and the reaction force driving unit 110 are driver circuits including power elements, and the main steering control unit 111, the auxiliary steering control unit 112, and the reaction force control unit 113 are current feedback control. Control commands for each are output. The main steering control unit 111, the auxiliary steering control unit 112, and the reaction force control unit 113 are integrated and controlled by the main control electronic control unit 101.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described configuration, four electronic control units 101 to 104 and a harness for passing signals between them are required, so the configuration is complicated and the cost is high.
In addition, since the number of electronic control units and the number of harnesses are large, it is necessary to design the entire system in consideration of various failure modes. This makes the system design difficult and costly. It was a factor.
[0007]
On the other hand, sensor signals necessary for controlling the main steering motor 105, the auxiliary steering motor 106 and the reaction force motor 107 are input to the main control electronic control unit 101. When the main control electronic control unit 101 fails, the power is cut off and the sensor signal is given to the main steering electronic control unit 102 and the like.
However, since the main steering electronic control unit 102 only performs basic control such as current feedback control, the main steering electronic control unit 102 cannot always properly control the steering mechanism. Therefore, the control function is limited.
[0008]
Further, the main steering electronic control unit 102 has a function of supplying a large current to the main steering motor 105, so that a failure is likely to occur. If a failure occurs in the main steering electronic control unit 102, the sub steering electronic control unit 103 The steering mechanism is driven by the controlled auxiliary steering motor 106. However, since the auxiliary steering motor 106 is usually inferior in function to the main steering motor 105, it is inevitable that the function is restricted. In particular, when a failure occurs in the main control electronic control unit 101 and the main steering electronic control unit 102, a large function restriction is imposed.
[0009]
Further, the power supply to the main control electronic control unit 101 when a failure occurs is performed by its own processing. From the main steering electronic control unit 102 or the auxiliary steering electronic control unit 103, the main control electronic control unit 103 is turned off. 101 cannot be powered off. Therefore, if the main control electronic control unit 101 runs away and the power supply is not shut off, the main steering motor 105 may cause an unintended operation.
[0010]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that solves the above technical problem and can stably control the steering mechanism even when a failure occurs in the main control unit.
[0011]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that the operating member (30) for steering the vehicle and the operating member are provided in a mechanically uncoupled state to rotate the steering wheel. A steering mechanism (10) for steering, a main steering actuator (51M) for applying a driving force to the steering mechanism, a reaction force actuator (40) for applying a reaction force corresponding to a road surface reaction force to the operation member, and the above A sub-steering actuator (51S) for applying a driving force to the steering mechanism when a main steering drive system (50M) including the main steering actuator fails, a main steering control unit (61M) for feedback control of the main steering actuator, reaction force control section for feedback controlling the reaction force actuator (45), the auxiliary steering control for feedback controlling the auxiliary steering actuator And (61S), sensors (41,42,52M, 52S, 15,70) based on an input signal from, required for each feedback control in the main steering control unit, the reaction force control unit and the auxiliary steering controller First feedback control in the main steering control unit, reaction force control unit, and auxiliary steering control unit based on input signals from the first main control unit (81) for performing overall control including processing and the sensors And a second main control unit (82 ) for performing overall control including processing necessary for the above, the main steering control unit, the reaction force control unit, and the auxiliary steering control unit include the first main control unit And the second main control unit, and the first main control unit and the main steering control unit are integrated into the first electronic control unit (U1). The second main control And the reaction force control section, the is integrated into the second electronic control unit that performs mutual monitoring of abnormality (U2) between the first electronic control unit, the auxiliary steering control unit, the third The vehicle steering device is provided in the electronic control unit (U3) . The alphanumeric characters in parentheses indicate corresponding components in the embodiments described later. The same applies hereinafter.
[0012]
According to the above configuration, the first main control unit and the main steering control unit are integrated in the first electronic control unit, and the second main control unit and the reaction force control unit are integrated in the second electronic control unit. Integrated. Then, the first and second electronic control units mutually monitor the occurrence of abnormality. Thus, for example, even if an abnormality occurs in the main control unit of one electronic control unit, the main steering control unit and the reaction force control unit can be comprehensively controlled by the main control unit of the other electronic control unit. Therefore, even if a failure occurs in one of the main control units, the function is not limited, and the steering mechanism can be controlled stably.
[0013]
In addition, the first main control unit and the main steering control unit are integrated into the first electronic control unit, and the second main control unit and the reaction force control unit are integrated into the second electronic control unit, so that the electronic control The number of units can be reduced. Accordingly, the harness between the electronic control units can be reduced, and the failure mode can be reduced. This simplifies the configuration and contributes to cost reduction.
[0014]
Further, in the first electronic control unit, it is possible to perform mutual monitoring of the occurrence of abnormality between the first main control unit and the main steering control unit. Accordingly, when an abnormality occurs in the first main control unit, an unintended operation of the steering mechanism can be avoided by driving the main steering actuator based on the same control command value as that immediately before the occurrence of the abnormality, for example. The same applies to the second electronic control unit.
In the first electronic control unit, when a failure occurs in the first main control unit, at least a part of the functions can be replaced by the main steering control unit. As a result, even if an abnormality occurs in the first main control unit, it is not necessary to shut off the power supply of the first electronic control unit, so a sensor signal or the like given from the first main control unit to another control unit, etc. There is no sudden change in the level, and no abnormal control is performed.
[0015]
When a failure occurs in both the first and second main control units, limited control may be performed by the main steering control unit and the reaction force control unit .
[0016]
In the present invention, when the main steering drive system fails, a driving force is applied to the steering mechanism by the auxiliary steering actuator. In this case, even if a failure occurs simultaneously in either of the first and second main control units, the sub steering control unit controls the sub steering actuator while receiving overall control of any normal main control unit. it can. Therefore, there are few function restrictions and a steering mechanism can be controlled favorably.
The third electronic control unit may monitor occurrence of abnormality in the first and second electronic control units. For example, when both the first and second main control units fail and the main steering drive system also fails simultaneously, the sub steering control unit independently controls the sub steering actuator to steer. The mechanism may be driven. Thereby, the safety | security of the steering device for vehicles can be improved.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining a basic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The vehicle steering device is provided with a steering mechanism 10 for causing a pair of steering wheels (usually front wheels) W and W to perform a steering operation, and without mechanical coupling to the steering mechanism 10. And a steering wheel 30.
[0018]
In this vehicle steering apparatus, a steering drive system for driving the steering mechanism 10 is a dual system of a main steering drive system 50M and a sub steering drive system 50S. The main steering drive system 50M includes a main steering actuator 51M and a main rotation angle sensor 52M for detecting the rotation angle of the main steering actuator 51M. On the other hand, the sub steering drive system 50S includes a sub steering actuator 51S and a sub rotation angle sensor 52S for detecting the rotation angle of the sub steering actuator 51S. Each of the main steering actuator 51M and the sub steering actuator 51S is constituted by, for example, an electric motor.
[0019]
The steering mechanism 10 includes a steering shaft 11 that extends in the left-right direction of the vehicle body, a knuckle arm 13 that is coupled to both ends of the steering shaft 11 via tie rods 12 and 12 and supports the steering wheels W and W. 13. The steering shaft 11 is supported by the housing 14 and is slidable in the axial direction, and a main steering actuator 51M is coaxially incorporated in the middle portion thereof.
A rack gear 11a is formed on a part of the steering shaft 11, and a pinion gear 22 at the tip of the shaft 21 is engaged with the rack gear 11a. A sub steering actuator 51S is coupled to the shaft 21, and a driving force generated by the sub steering actuator 51S is input to the shaft 21.
[0020]
With this configuration, when the main steering actuator 51M is driven, the rotation of the main steering actuator 51M is converted into sliding of the steering shaft 11 by a motion conversion mechanism made of a ball screw or the like. W, W steering is achieved. When the auxiliary steering actuator 51S is driven, the rotation of the shaft 21 by the auxiliary steering actuator 51S is converted into sliding of the steering shaft 11 by the pinion gear 22 and the rack gear 11a, and the steering wheels W, W steering is achieved.
[0021]
A reaction force actuator 40 for applying a reaction force corresponding to a road surface reaction force to the steering wheel 30 is coupled to the steering wheel 30.
The reaction force actuator 40 is constituted by an electric motor (for example, a three-phase brushless motor) having a shaft 23 coupled to the steering wheel 30 as a rotation axis, and a casing thereof is fixed at an appropriate position of the vehicle body. The reaction force actuator 40 is provided with a torque sensor 41 for detecting the steering torque input from the steering wheel 30 and an operation angle sensor 42 for detecting the operation angle of the steering wheel 30.
[0022]
The reaction force actuator 40, the main steering actuator 51M, and the auxiliary steering actuator 51S are supplied with drive current from drive circuits 43, 53M, and 53S.
The detection signals of the torque sensor 41, the operation angle sensor 42, the main rotation angle sensor 52M, and the sub rotation angle sensor 52S are input in common to the first and second electronic control units (ECU) U1 and U2. Further, a steering position sensor 15 for detecting the axial position of the steering shaft 11 is provided in association with the steering shaft 11, and the detection signal of the steering position sensor 15 is also the first and second detection signals. A common input is made to the electronic control units U1, U2. Further, a detection signal of a vehicle speed sensor 70 for detecting the vehicle speed is input in common to the first and second electronic control units U1, U2. The vehicle speed sensor 70 can be constituted by, for example, a wheel speed sensor that detects the rotational speed of a wheel.
[0023]
The first electronic control unit U1 includes a main steering control unit 61M for giving a control signal to a drive circuit (main steering drive circuit) 53M for the main steering actuator 51M and current feedback control of the main steering actuator 51M, and the whole The unit has a first main control unit 81 for overall control. Thereby, the number of electronic control units is reduced, and the number of harnesses is reduced accordingly. Thereby, cost can be reduced and the number of failure modes such as disconnection failure of the harness can be reduced.
[0024]
The main steering control unit 61M and the first main control unit 81 are each provided with a CPU (central processing unit) and monitor each other's operation. When an abnormality occurs in the operation of one of the control units, the operation of the control unit in which the abnormality has occurred is taken over by the other normal control unit. Therefore, for example, even if an abnormality occurs in the first main control unit 81, it is not necessary to shut off the power supply of the first electronic control unit U1.
[0025]
The second electronic control unit U2 includes a reaction force control unit 45 for giving a control signal to a drive circuit (reaction force drive circuit) 43 for the reaction force actuator 40 and performing current feedback control of the reaction force actuator 40, and the whole. The unit has a second main control unit 82 for overall control. As a result, the number of electronic control units and the number of harnesses are reduced, thereby reducing the cost and the number of failure modes.
[0026]
Each of the reaction force control unit 45 and the second main control unit 82 includes a CPU and monitors each other's operation. When an abnormality occurs in the operation of one of the control units, the operation of the control unit in which the abnormality has occurred is taken over by the other normal control unit. Therefore, for example, even if an abnormality occurs in the second main control unit 81, it is not necessary to shut off the power supply of the second electronic control unit U2. A third electronic control unit U3 is provided for current feedback control of the auxiliary steering actuator 51S. The third electronic control unit U3 provides a drive circuit (sub-steering drive circuit) 53S for the sub-steering actuator 51S, and gives a control signal to the sub-steering driving circuit 53S to perform current feedback control of the sub-steering actuator 51S. The auxiliary steering control unit 61S is included in the unit. The auxiliary steering control unit 61S includes a CPU.
[0027]
The first and second main control units 81 and 82 are based on input signals from the sensors 41, 42, 52M, 52S, 15, and 70, respectively, and the main steering control unit 61M, the auxiliary steering control unit 61S, and Overall control including processing necessary for each current feedback control in the reaction force control unit 45 can be executed . The main steering control unit 61M, the auxiliary steering control unit 61S, and the reaction force control unit 45 are comprehensively controlled by one of the first and second main control units 81 and 82.
The first and second electronic control units U1 and U2 monitor the operation of each other, and when an abnormality occurs in one of the first and second main control units 81 and 82, The main control unit performs overall control of the main steering control unit 61M, the auxiliary steering control unit 61S, and the reaction force control unit 45. Therefore, even when an abnormality occurs in one main control unit, the steering mechanism 10 can be satisfactorily controlled without being restricted in function.
[0028]
When an abnormality occurs in both the first and second main control units 81 and 82, this is detected by the main steering control unit 61M and the reaction force control unit 45, respectively. The main steering control unit 61M and the reaction force control unit 45 independently control the main steering actuator 51M and the reaction force actuator 40 without depending on the first or second main control unit 81 or 82. It will be. For example, if the control command immediately before the occurrence of an abnormality is maintained, an unintended operation of the steering mechanism 10 due to an abnormal signal from the first or second main control unit 81 or 82 can be prevented.
[0029]
The third electronic control unit U3 monitors the operations of the first and second main control units 81 and 82 in the first and second electronic control units U1 and U2. When an abnormality occurs in any of the main steering control unit 61M, the main steering drive circuit 53M, and the main steering actuator 51M (that is, when an abnormality occurs in the main steering drive system 50M), the first or second main control unit. The sub steering actuator 51S is driven and controlled while receiving overall control by 81, 82 (that is, one of the first and second main control units 81, 82) . Therefore, control with few function restrictions is possible.
[0030]
When a failure occurs in the main steering drive system 50M, if an abnormality occurs in both the first and second main control units 81 and 82, the sub steering control unit 61S does not depend on these, The steering actuator 51S is controlled.
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, the harness can be reduced by integrating the main steering drive circuit 53M into the first electronic control unit U1 or the main steering actuator 51M. Similarly, the reaction force drive circuit 43 may be integrated with the second electronic control unit U2 or may be integrated with the reaction force actuator 40. Further, the third electronic control unit U3 may be integrated with the auxiliary steering actuator 51S.
[0031]
In the above-described embodiment, the example in which the steering wheel 30 is used as the operation member has been described. However, other operation members such as a lever may be used.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram for explaining a configuration of a vehicle steering apparatus according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
10 steering mechanism 30 steering wheel 40 reaction force actuator 43 reaction force drive circuit 45 reaction force control unit 50M main steering drive system 50S sub steering drive system 51M main steering actuator 51S sub steering actuator 53M main steering drive circuit 53S sub steering drive circuit 61M main Steering control unit 61S Sub steering control unit 81 First main control unit 82 Second main control unit U1 First electronic control unit U2 Second electronic control unit U3 Third electronic control unit W Steering wheel

Claims (1)

車両の操向のための操作部材と、
この操作部材とは機械的に非連結状態で設けられて、舵取り車輪を転舵させるための舵取り機構と、
上記舵取り機構に駆動力を与える主操舵アクチュエータと、
上記操作部材に路面反力に対応した反力を与える反力アクチュエータと、
上記主操舵アクチュエータを含む主操舵駆動系の故障時に上記舵取り機構に駆動力を与える副操舵アクチュエータと、
上記主操舵アクチュエータをフィードバック制御するための主操舵制御部と、
上記反力アクチュエータをフィードバック制御するための反力制御部と、
上記副操舵アクチュエータをフィードバック制御するための副操舵制御部と、
センサ類からの入力信号に基づいて、上記主操舵制御部反力制御部および副操舵制御部における各フィードバック制御に必要な処理含む統括制御を行うための第1の主制御部と、
上記センサ類からの入力信号に基づいて、上記主操舵制御部、反力制御部および副操舵制御部における各フィードバック制御に必要な処理を含む統括制御を行うための第2の主制御部とを含み、
上記主操舵制御部、反力制御部および副操舵制御部は、上記第1の主制御部および第2の主制御部のうちのいずれか一方によって統括制御されるようになっており、
上記第1の主制御部および上記主操舵制御部が第1の電子制御ユニットに統合されており、
上記第2の主制御部および上記反力制御部が、上記第1の電子制御ユニットとの間で異常発生の相互監視を行う第2の電子制御ユニットに統合されており、
上記副操舵制御部は、第3の電子制御ユニットに備えられていることを特徴とする車両用操舵装置。
An operating member for steering the vehicle;
This operating member is provided in a mechanically unconnected state, and a steering mechanism for turning the steering wheel,
A main steering actuator for applying a driving force to the steering mechanism;
A reaction force actuator for applying a reaction force corresponding to the road surface reaction force to the operation member;
A sub-steering actuator that applies driving force to the steering mechanism when a main steering drive system including the main steering actuator fails;
A main steering control unit for feedback control of the main steering actuator;
A reaction force control unit for feedback control of the reaction force actuator;
A secondary steering control unit for feedback control of the secondary steering actuator;
A first main control unit for performing overall control including processing necessary for each feedback control in the main steering control unit , reaction force control unit, and sub-steering control unit based on input signals from sensors ;
A second main control unit for performing overall control including processing necessary for each feedback control in the main steering control unit, reaction force control unit, and sub-steering control unit based on input signals from the sensors ; Including
The main steering control unit, the reaction force control unit, and the auxiliary steering control unit are configured to be comprehensively controlled by any one of the first main control unit and the second main control unit,
The first main control unit and the main steering control unit are integrated in a first electronic control unit;
The second main control unit and the reaction force control unit are integrated with a second electronic control unit that performs mutual monitoring of occurrence of abnormality with the first electronic control unit ,
The vehicle steering apparatus , wherein the auxiliary steering control unit is provided in a third electronic control unit .
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