ステアバイワイヤシステム
【課題】ステアバイワイヤシステムにおいて、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整することにある。
【解決手段】反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂを備えるとともに、ステアリングホイール７の操作角を検出する操作角検出手段１０，１２に連絡し、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には操作角検出手段１０，１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ，１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
【解決手段】反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂを備えるとともに、ステアリングホイール７の操作角を検出する操作角検出手段１０，１２に連絡し、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には操作角検出手段１０，１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ，１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアバイワイヤシステムに係り、特にステアリングホイールに発生させる反力を制御するステアバイワイヤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両においては、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設けたステアバイワイヤシステムを搭載しているものがある。
このステアバイワイヤシステムでは、異常発生によりステアリングホイールヘの反力を停止して、機械的なバックアップをクラッチの締結をすることで実現し、その異常発生からクラッチの締結までの間で反力が停止すると、ステアリングホイールの切り過ぎが発生し、車両が不安定になる可能性があり、そのため、この間に反力発生モータの端子間を専用リレーでショートさせて電磁ブレーキ状態とし、ステアリングホイールが急激に軽くなるのを防止し、また、電磁ブレーキの重さを調整するため、ショート状態をＰＷＭ制御することで、ブレーキの重さ調整しているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４４３７８号公報
【０００４】
特許文献１に係る車両用操舵装置は、システム異常時にステアリング機構とステアリングホイールとを機械的に連結するバックアップ装置を有し、そして、このバックアップ装置が作動するまでの間、操舵反力が急減し、運転者の力の加減によっては、過剰に操舵してしまうことを防止するものである。従って、バックアップ装置が作動するまでの時間だけ反力発生モータの端子間を短絡するように制御し、さらに、反力発生のモータの端子間を短絡することにより発生する反力は一定で、保舵時の操舵反カトルクの約１／２とするものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来、上記の特許文献１では、システムの不具合時のみ使用するリレースイッチを搭載するため、コストアップとなり、また、重さ（ステアリングホイールの手応え感）を調整できるとしているが、このような回路構成ではその調整が十分ではなく、また、システム異常時に操舵反力トルクが急変するおそれがあった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整するステアバイワイヤシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、前記ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設け、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段を備え、この異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出された時には前記反力発生モータの端子間を短絡させる反力発生モータ制御手段を設けたステアバイワイヤシステムにおいて、前記ステアリングホイールの操作角を検出する操作角検出手段を設け、前記反力発生モータ制御手段は前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記操作角検出手段により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はステアリングホイールの反力制御のフローチャートである。（実施例）
【図２】図２は反力発生モータの駆動回路（Ｈブリッジ回路）の構成図である。（実施例）
【図３】図３は駆動デューティ（Ｄｕｔｙ）マップの図である。（実施例）
【図４】図４はステアバイシステムの構成図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整する目的を、ステアリングホイール操舵角に応じて反力発生モータの端子間を断続的に短絡させて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１は車両、２はステアバイワイヤシステムである。このステアバイワイヤシステム２は、機械的に連結の無い操作機構３と操舵機構４とを備え、操舵機構４を電気的に駆動してギヤレシオを自由に可変可能とする。
【００１２】
図４に示すように、操作機構３には、ステアリングコラム５に対して軸支されたステアリングシャフト６と、このステアリングシャフト６の上端部位に一体的に設けられて人為操作可能なステアリングホイール７と、ステアリングシャフト６の下端部位に取り付けられた反力発生機構８及び回転ストッパ機構９とが備えられている。反力発生機構８は、ステアリングホイール７に反力を与える。回転ストッパ機構９は、ステアリングホイール７の回転数を制限する。
また、ステアリングシャフト６の軸部位には、ステアリングコラム５の上端でステアリングホイール操作角を検出する第１操作角検出手段１０と、ステアリングコラム５の下端と反力発生機構８間ではステアリングホイール７の回転トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリングホイール操作角を検出する第２操作角検出手段１２とが取り付けられている。
ステアリングコラム５には、内蔵されたギヤに連結した電気モータである反力発生モータ（ステアリングモータ）１３が取り付けられる。この反力発生モータ１３は、ステアリングシャフト６に併設され、ステアリングホイール７に路面反力に相当する反力を発生させるものである。
【００１３】
操舵機構４には、操舵輪としての左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒと、この左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒを駆動する左タイロッド１５Ｌ、右タイロッド１５Ｒと、この左タイロッド１５Ｌ、右タイロッド１５Ｒに連結するラック軸を内蔵したステアリングボックス１６と、このステアリングボックス１６のラック軸に連結したピニオン軸１７と、このピニオン軸１７に取り付けられてギヤを内蔵した操舵モータギヤボックス１８とが備えられている。
また、ピニオン軸１７には、操舵モータギヤボックス１８の上側でピニオン軸１７の回転角を検出する第１回転角センサ１９、第２回転角センサ２０が取り付けられている。
操舵モータギヤボックス１８には、内蔵したギヤに連結するようにアクチュエータとして２つの第１操舵モータ２１、第２操舵モータ２２が取り付けられている。この第１操舵モータ２１及び第２操舵モータ２２は、左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒの操舵制御を行う。
従って、ステアバイワイヤシステム２は、ステアリングホイール７と操舵輪としての左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒとを機械的に切り離している。
【００１４】
ステアバイワイヤシステム２は、制御装置２３によって駆動される。この制御装置２３には、反力発生モータ制御手段２４と第１操舵用制御手段２５と第２操舵用制御手段２６とが備えられ、また、反力発生機構８と回転ストッパ機構９と第１操作角検出手段１０とトルクセンサ１１と第２操作角検出手段１２と反力発生モータ１３と第１回転角センサ１９と第２回転角センサ２０と第１操舵モータ２１と第２操舵モータ２２とが連絡している。
反力発生モータ制御手段２４は、ＣＰＵ２４Ａを備え、反力発生モータ１３と車両情報検出手段２７と表示警報装置２８とに直接連絡し、反力発生モータ１３の反力やアシスト力を指令する。
第１操舵用制御手段２５は、ＣＰＵ２５Ａを備え、第１操舵モータ２１に直接連絡し、この第１操舵モータ２１を駆動制御する。
第２操舵用制御手段２６は、ＣＰＵ２６Ａを備え、第２操舵モータ２２に直接連絡し、この第２操舵モータ２２を駆動制御する。
車両情報検出手段２７は、車速、エンジン回転数、イグニションスイッチ状態、シフト位置等の各種車両情報を検出して反力発生モータ制御手段２４に出力する。
表示警報装置２８は、警告灯の表示又はブザーにより警報する。
このステアバイワイヤシステム２では、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２からのステアリングホイール操作角に応じて第１操舵モータ２１・第２操舵モータ２２を駆動して左前輪１４Ｌ・右前輪１４Ｒを左右に切る制御を実施する。
また、ステアリングホイール７への路面反力は、反力発生モータ１３を反力発生モータ制御手段２４が制御することで印加される。
【００１５】
図２に示すように、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、従来から存在するＨブリッジ回路であり、反力発生モータ制御手段２４に連絡したフェールセーフリレー３０と、反力発生モータ制御手段２４に連絡したモータ駆動用素子（スイッチイング素子）としての４つの第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ〜第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄと、一側の端子１３Ａが第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ・第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂに連絡するとともに他側の端子１３Ｂが第３モータ駆動用素子（Ｔｒ３）３１Ｃ・第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄに連絡した反力発生モータ１３とを備えている。この場合、フェールセーフリレー３０は、モータ駆動電源Ｐに連絡している。第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａと第３モータ駆動用素子（Ｔｒ３）３１Ｃとは、それぞれ連絡するとともに、フェールセーフリレー３０に連絡している。また、第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂと第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｃとは、それぞれ連絡するとともに、アース（ＧＮＤ）Ｅに連絡している。
そして、反力発生モータ１３は、４つの第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ〜第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御することで、正逆転される。
更に、反力発生モータ１３の駆動用電源は、フェールセーフリレー３０にて供給・停止される。
更にまた、第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂ・第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄをオンとすることで、従来のように、電磁ブレーキがかかる状態とすることが可能である。
【００１６】
反力発生モータ制御手段２４は、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段２４Ｂを備え、この異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出された時には反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を短絡させる。
また、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
更に、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段２４Ｃを備え、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態発生時には、記憶手段２４Ｃに記憶された反力トルク値になるように反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
更にまた、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、従来から存在するＨブリッジ回路である。反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には、Ｈブリッジ回路である駆動回路２９の４つのモータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄを制御することによって反力発生モータ１３の回転を制御し、一方、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１〜第４モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御して反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
【００１７】
このため、反力発生モータ制御手段２４は、図３に示すような駆動デューティマップ２４Ｄを備え、ステアリングホイール７の回転角速度θｖ（［ｄｅｇ／ｓ］）に応じた駆動デューティ値（ｄｕｔｙ＿ｖ）を求める。なお、図３においては、例えば、ステアリングホイールの回転角速度θｖが大きくなる程、駆動デューティ値（ｄｕｔｙ＿ｖ）が減少する。
【００１８】
次に、この実施例に係るステアリングホイール７の反力制御について、図１のフローチャートに基づいて説明する。この制御は、反力発生モータ１３を駆動することで、反力制御停止となる不具合の発生時にもステアリングホイール７の手応え感を提供するものである。
図１に示すように、制御装置２３のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、現在の反力出力値（ｔｒｑ０）を取得して初期トルクとし（ステップＡ０２）、Ｆ＝１（出力未整合フラグ＝１）とする（ステップＡ０３）。
そして、フェール時モータ駆動条件が成立したか否かを判断する（ステップＡ０４）。
このフェール時モータ駆動条件は、反力発生モータ制御手段２４のＣＰＵ２４Ａが正常であることの条件と、反力発生モータ１３が正常であることの条件と、全ての第１〜第４モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄが正常であることの条件と、反力制御継続不可能条件が成立した場合の全ての条件が成立した場合に、成立する。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、第１モータ駆動用素子３１Ａ・第３モータ駆動用素子３１Ｃをオフとする（ステップＡ０５）。
そして、初期トルク（ｔｒｑ０）相当のデューティ（Ｄｕｔｙ）値を設定済みか否かを判断する（ステップＡ０６）。
このステップＡ０６がＮＯの場合には、最終出力反力トルク値ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｔｒｑ０に相当するデューティ値とする（ステップＡ０７）。
このステップＡ０６がＹＥＳの場合には、ステアリングホイール７の回転角速度θｖを計算し（ステップＡ０８）、そして、図３に示すように、駆動デューティマップからステアリングホイール７の回転角速度θｖ（［ｄｅｇ／ｓ］）に応じた駆動デューティ値ｄｕｔｙ＿ｖを求める（ステップＡ０９）。
そして、Ｆ＝１か否か、つまり、出力整合が必要か否かを判断する（ステップＡ１０）。
このステップＡ１０がＹＥＳの場合には、出力差分ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆを、ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＝ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ−ｄｕｔｙ＿ｖで計算する（ステップＡ１１）。
次いで、ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＝０か否かを判断する（ステップＡ１２）。
このステップＡ１２がＹＥＳの場合には、Ｆ＝０（整合完了）とする（ステップＡ１３）。
このステップＡ１３の処理後、又は、前記ステップＡ１０がＮＯの場合には、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｄｕｔｙ＿ｖとする（ステップＡ１４）。
前記ステップＡ１２がＮＯの場合には、出力差分の２０％を、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ−ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＊０．２で補正する（ステップＡ１５）。つまり、図３の駆動デューティマップから求めた駆動デューティ値ｄｕｔｙ＿ｖに近づけるようにする。
このステップＡ１５の処理後、前記ステップＡ１４の処理後、又は、前記ステップＡ０７の処理後は、第２モータ駆動用素子３１Ｂ・第４モータ駆動用素子３１Ｄを、最終出力反力トルク値となるように、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔで駆動し（ステップＡ１６）、前記ステップＡ０４に戻る。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、全ての第１モータ駆動用素子３１Ａ〜第４モータ駆動用素子３１Ｄをオフとし（ステップＡ１７）、プログラムをエンドとする（ステップＡ１８）。
【００１９】
以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明において、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、反力発生が停止する異常発生時からシステム電源停止時まで、ステアリングホイール７の手応え感をステアリングホイール操作角に応じて最適に調整することができる。
請求項２に係る発明において、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段２４Ｃを備え、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態発生時には、記憶手段２４Ｃに記憶された反力トルク値になるように反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、急操舵中に反力制御が継続できなくなった場合でも、ステアリングホイール７の手応え感の急変を防ぐことが可能となり、ステアリングホイール７の切り過ぎを防止して操舵することが可能となる。
請求項３に係る発明において、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、Ｈブリッジ回路である。反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には、Ｈブリッジ回路である駆動回路２９の４つのモータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄを制御することによって反力発生モータ１３の回転を制御し、一方、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御して反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、従来から使用しているモータ駆動回路２９のままで、反力発生が停止する異常時に、運転者にステアリングホイール７の手応え感を与えることができる。
【００２０】
また、この実施例においては、従来の引用文献１と対比して、以下のような特有の作用効果がある。
先ず、機械的バックアップ装置を不要として、反力発生が停止する異常発生時からシステム電源停止時まで、ステアリングホイール操作角に応じた手応え感を運転者に与えるため、反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡するように駆動回路２９の各モータ駆動用素子（スイッチング素子）をデューテイ制御できる。
また、正常時の反力トルク値を記憶しておき、異常発生時には、異常が発生する直前の反力トルク値になるように制御し、ステアリングホイール７の手応え感の急変を防ぐことができる。
更に、リレースイッチを不要とし、構成を簡単にするとともに、廉価にできる。
更にまた、従来の引用文献１と同様に、電力供給回路の駆動電流値等をモニタリングすることで、異常を検出可能とし、有効的である。
また、フェール時モータ駆動条件が成立したときに、第１モータ駆動用素子３１Ａ・第３モータ駆動用素子３１Ｃをオフとするため、フェールセーフリレー３０の状態にかかわらず、ステアリングホイール７の制御を実行可能とする。
更に、通常のフェールセーフリレー３０とＨブリッジを使った駆動回路２９のみを用いて、ステアリングホイール７の急激なトルクダウンを補うことができ、従来のように、異常発生から機械的なバックアップ動作に移るまでの間のみ利用するのではなく、異常発生からシステム電源停止（システム停止）までの間で利用可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明に係るステアバイワイヤシステムを、各種車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 車両
２ ステアバイワイヤシステム
３ 操作機構
４ 操舵機構
５ ステアリングコラム
６ ステアリングシャフト
７ ステアリングホイール
１０ 第１操作角検出手段
１１ トルクセンサ
１２ 第２操作角検出手段
１３ 反力発生モータ
１４Ｌ 左前輪（操舵輪）
１４Ｒ 右前輪（操舵輪）
２１ 第１操舵モータ
２２ 第２操舵モータ
２３ 制御装置
２４ 反力発生モータ制御手段
２６ 第１操舵用制御手段
２７ 第２操舵用制御手段
２９ 駆動回路（Ｈブリッジ回路）
３０ フェールセーフリレー
３１Ａ〜３１Ｄ モータ駆動用素子
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ステアバイワイヤシステムに係り、特にステアリングホイールに発生させる反力を制御するステアバイワイヤシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両においては、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設けたステアバイワイヤシステムを搭載しているものがある。
このステアバイワイヤシステムでは、異常発生によりステアリングホイールヘの反力を停止して、機械的なバックアップをクラッチの締結をすることで実現し、その異常発生からクラッチの締結までの間で反力が停止すると、ステアリングホイールの切り過ぎが発生し、車両が不安定になる可能性があり、そのため、この間に反力発生モータの端子間を専用リレーでショートさせて電磁ブレーキ状態とし、ステアリングホイールが急激に軽くなるのを防止し、また、電磁ブレーキの重さを調整するため、ショート状態をＰＷＭ制御することで、ブレーキの重さ調整しているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４４３７８号公報
【０００４】
特許文献１に係る車両用操舵装置は、システム異常時にステアリング機構とステアリングホイールとを機械的に連結するバックアップ装置を有し、そして、このバックアップ装置が作動するまでの間、操舵反力が急減し、運転者の力の加減によっては、過剰に操舵してしまうことを防止するものである。従って、バックアップ装置が作動するまでの時間だけ反力発生モータの端子間を短絡するように制御し、さらに、反力発生のモータの端子間を短絡することにより発生する反力は一定で、保舵時の操舵反カトルクの約１／２とするものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来、上記の特許文献１では、システムの不具合時のみ使用するリレースイッチを搭載するため、コストアップとなり、また、重さ（ステアリングホイールの手応え感）を調整できるとしているが、このような回路構成ではその調整が十分ではなく、また、システム異常時に操舵反力トルクが急変するおそれがあった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整するステアバイワイヤシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、前記ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設け、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段を備え、この異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出された時には前記反力発生モータの端子間を短絡させる反力発生モータ制御手段を設けたステアバイワイヤシステムにおいて、前記ステアリングホイールの操作角を検出する操作角検出手段を設け、前記反力発生モータ制御手段は前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記操作角検出手段により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はステアリングホイールの反力制御のフローチャートである。（実施例）
【図２】図２は反力発生モータの駆動回路（Ｈブリッジ回路）の構成図である。（実施例）
【図３】図３は駆動デューティ（Ｄｕｔｙ）マップの図である。（実施例）
【図４】図４はステアバイシステムの構成図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、ステアリングホイールの手応え感を最適に調整する目的を、ステアリングホイール操舵角に応じて反力発生モータの端子間を断続的に短絡させて実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１は車両、２はステアバイワイヤシステムである。このステアバイワイヤシステム２は、機械的に連結の無い操作機構３と操舵機構４とを備え、操舵機構４を電気的に駆動してギヤレシオを自由に可変可能とする。
【００１２】
図４に示すように、操作機構３には、ステアリングコラム５に対して軸支されたステアリングシャフト６と、このステアリングシャフト６の上端部位に一体的に設けられて人為操作可能なステアリングホイール７と、ステアリングシャフト６の下端部位に取り付けられた反力発生機構８及び回転ストッパ機構９とが備えられている。反力発生機構８は、ステアリングホイール７に反力を与える。回転ストッパ機構９は、ステアリングホイール７の回転数を制限する。
また、ステアリングシャフト６の軸部位には、ステアリングコラム５の上端でステアリングホイール操作角を検出する第１操作角検出手段１０と、ステアリングコラム５の下端と反力発生機構８間ではステアリングホイール７の回転トルクを検出するトルクセンサ１１と、ステアリングホイール操作角を検出する第２操作角検出手段１２とが取り付けられている。
ステアリングコラム５には、内蔵されたギヤに連結した電気モータである反力発生モータ（ステアリングモータ）１３が取り付けられる。この反力発生モータ１３は、ステアリングシャフト６に併設され、ステアリングホイール７に路面反力に相当する反力を発生させるものである。
【００１３】
操舵機構４には、操舵輪としての左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒと、この左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒを駆動する左タイロッド１５Ｌ、右タイロッド１５Ｒと、この左タイロッド１５Ｌ、右タイロッド１５Ｒに連結するラック軸を内蔵したステアリングボックス１６と、このステアリングボックス１６のラック軸に連結したピニオン軸１７と、このピニオン軸１７に取り付けられてギヤを内蔵した操舵モータギヤボックス１８とが備えられている。
また、ピニオン軸１７には、操舵モータギヤボックス１８の上側でピニオン軸１７の回転角を検出する第１回転角センサ１９、第２回転角センサ２０が取り付けられている。
操舵モータギヤボックス１８には、内蔵したギヤに連結するようにアクチュエータとして２つの第１操舵モータ２１、第２操舵モータ２２が取り付けられている。この第１操舵モータ２１及び第２操舵モータ２２は、左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒの操舵制御を行う。
従って、ステアバイワイヤシステム２は、ステアリングホイール７と操舵輪としての左前輪１４Ｌ、右前輪１４Ｒとを機械的に切り離している。
【００１４】
ステアバイワイヤシステム２は、制御装置２３によって駆動される。この制御装置２３には、反力発生モータ制御手段２４と第１操舵用制御手段２５と第２操舵用制御手段２６とが備えられ、また、反力発生機構８と回転ストッパ機構９と第１操作角検出手段１０とトルクセンサ１１と第２操作角検出手段１２と反力発生モータ１３と第１回転角センサ１９と第２回転角センサ２０と第１操舵モータ２１と第２操舵モータ２２とが連絡している。
反力発生モータ制御手段２４は、ＣＰＵ２４Ａを備え、反力発生モータ１３と車両情報検出手段２７と表示警報装置２８とに直接連絡し、反力発生モータ１３の反力やアシスト力を指令する。
第１操舵用制御手段２５は、ＣＰＵ２５Ａを備え、第１操舵モータ２１に直接連絡し、この第１操舵モータ２１を駆動制御する。
第２操舵用制御手段２６は、ＣＰＵ２６Ａを備え、第２操舵モータ２２に直接連絡し、この第２操舵モータ２２を駆動制御する。
車両情報検出手段２７は、車速、エンジン回転数、イグニションスイッチ状態、シフト位置等の各種車両情報を検出して反力発生モータ制御手段２４に出力する。
表示警報装置２８は、警告灯の表示又はブザーにより警報する。
このステアバイワイヤシステム２では、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２からのステアリングホイール操作角に応じて第１操舵モータ２１・第２操舵モータ２２を駆動して左前輪１４Ｌ・右前輪１４Ｒを左右に切る制御を実施する。
また、ステアリングホイール７への路面反力は、反力発生モータ１３を反力発生モータ制御手段２４が制御することで印加される。
【００１５】
図２に示すように、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、従来から存在するＨブリッジ回路であり、反力発生モータ制御手段２４に連絡したフェールセーフリレー３０と、反力発生モータ制御手段２４に連絡したモータ駆動用素子（スイッチイング素子）としての４つの第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ〜第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄと、一側の端子１３Ａが第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ・第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂに連絡するとともに他側の端子１３Ｂが第３モータ駆動用素子（Ｔｒ３）３１Ｃ・第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄに連絡した反力発生モータ１３とを備えている。この場合、フェールセーフリレー３０は、モータ駆動電源Ｐに連絡している。第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａと第３モータ駆動用素子（Ｔｒ３）３１Ｃとは、それぞれ連絡するとともに、フェールセーフリレー３０に連絡している。また、第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂと第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｃとは、それぞれ連絡するとともに、アース（ＧＮＤ）Ｅに連絡している。
そして、反力発生モータ１３は、４つの第１モータ駆動用素子（Ｔｒ１）３１Ａ〜第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御することで、正逆転される。
更に、反力発生モータ１３の駆動用電源は、フェールセーフリレー３０にて供給・停止される。
更にまた、第２モータ駆動用素子（Ｔｒ２）３１Ｂ・第４モータ駆動用素子（Ｔｒ４）３１Ｄをオンとすることで、従来のように、電磁ブレーキがかかる状態とすることが可能である。
【００１６】
反力発生モータ制御手段２４は、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段２４Ｂを備え、この異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出された時には反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を短絡させる。
また、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
更に、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段２４Ｃを備え、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態発生時には、記憶手段２４Ｃに記憶された反力トルク値になるように反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
更にまた、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、従来から存在するＨブリッジ回路である。反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には、Ｈブリッジ回路である駆動回路２９の４つのモータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄを制御することによって反力発生モータ１３の回転を制御し、一方、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１〜第４モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御して反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
【００１７】
このため、反力発生モータ制御手段２４は、図３に示すような駆動デューティマップ２４Ｄを備え、ステアリングホイール７の回転角速度θｖ（［ｄｅｇ／ｓ］）に応じた駆動デューティ値（ｄｕｔｙ＿ｖ）を求める。なお、図３においては、例えば、ステアリングホイールの回転角速度θｖが大きくなる程、駆動デューティ値（ｄｕｔｙ＿ｖ）が減少する。
【００１８】
次に、この実施例に係るステアリングホイール７の反力制御について、図１のフローチャートに基づいて説明する。この制御は、反力発生モータ１３を駆動することで、反力制御停止となる不具合の発生時にもステアリングホイール７の手応え感を提供するものである。
図１に示すように、制御装置２３のプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、現在の反力出力値（ｔｒｑ０）を取得して初期トルクとし（ステップＡ０２）、Ｆ＝１（出力未整合フラグ＝１）とする（ステップＡ０３）。
そして、フェール時モータ駆動条件が成立したか否かを判断する（ステップＡ０４）。
このフェール時モータ駆動条件は、反力発生モータ制御手段２４のＣＰＵ２４Ａが正常であることの条件と、反力発生モータ１３が正常であることの条件と、全ての第１〜第４モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄが正常であることの条件と、反力制御継続不可能条件が成立した場合の全ての条件が成立した場合に、成立する。
このステップＡ０４がＹＥＳの場合には、第１モータ駆動用素子３１Ａ・第３モータ駆動用素子３１Ｃをオフとする（ステップＡ０５）。
そして、初期トルク（ｔｒｑ０）相当のデューティ（Ｄｕｔｙ）値を設定済みか否かを判断する（ステップＡ０６）。
このステップＡ０６がＮＯの場合には、最終出力反力トルク値ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｔｒｑ０に相当するデューティ値とする（ステップＡ０７）。
このステップＡ０６がＹＥＳの場合には、ステアリングホイール７の回転角速度θｖを計算し（ステップＡ０８）、そして、図３に示すように、駆動デューティマップからステアリングホイール７の回転角速度θｖ（［ｄｅｇ／ｓ］）に応じた駆動デューティ値ｄｕｔｙ＿ｖを求める（ステップＡ０９）。
そして、Ｆ＝１か否か、つまり、出力整合が必要か否かを判断する（ステップＡ１０）。
このステップＡ１０がＹＥＳの場合には、出力差分ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆを、ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＝ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ−ｄｕｔｙ＿ｖで計算する（ステップＡ１１）。
次いで、ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＝０か否かを判断する（ステップＡ１２）。
このステップＡ１２がＹＥＳの場合には、Ｆ＝０（整合完了）とする（ステップＡ１３）。
このステップＡ１３の処理後、又は、前記ステップＡ１０がＮＯの場合には、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｄｕｔｙ＿ｖとする（ステップＡ１４）。
前記ステップＡ１２がＮＯの場合には、出力差分の２０％を、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ＝ｄｕｔｙ＿ｏｕｔ−ｄｕｔｙ＿ｄｉｆｆ＊０．２で補正する（ステップＡ１５）。つまり、図３の駆動デューティマップから求めた駆動デューティ値ｄｕｔｙ＿ｖに近づけるようにする。
このステップＡ１５の処理後、前記ステップＡ１４の処理後、又は、前記ステップＡ０７の処理後は、第２モータ駆動用素子３１Ｂ・第４モータ駆動用素子３１Ｄを、最終出力反力トルク値となるように、ｄｕｔｙ＿ｏｕｔで駆動し（ステップＡ１６）、前記ステップＡ０４に戻る。
一方、前記ステップＡ０４がＮＯの場合には、全ての第１モータ駆動用素子３１Ａ〜第４モータ駆動用素子３１Ｄをオフとし（ステップＡ１７）、プログラムをエンドとする（ステップＡ１８）。
【００１９】
以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に係る発明において、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、第１操作角検出手段１０・第２操作角検出手段１２により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、反力発生が停止する異常発生時からシステム電源停止時まで、ステアリングホイール７の手応え感をステアリングホイール操作角に応じて最適に調整することができる。
請求項２に係る発明において、反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段２４Ｃを備え、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態発生時には、記憶手段２４Ｃに記憶された反力トルク値になるように反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、急操舵中に反力制御が継続できなくなった場合でも、ステアリングホイール７の手応え感の急変を防ぐことが可能となり、ステアリングホイール７の切り過ぎを防止して操舵することが可能となる。
請求項３に係る発明において、反力発生モータ１３の駆動回路２９は、Ｈブリッジ回路である。反力発生モータ制御手段２４は、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には、Ｈブリッジ回路である駆動回路２９の４つのモータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄを制御することによって反力発生モータ１３の回転を制御し、一方、異常検出手段２４Ｂにより反力発生が停止する異常状態が検出されている時には、モータ駆動用素子３１Ａ〜３１Ｄをデューティ（Ｄｕｔｙ）制御して反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡させる。
これにより、従来から使用しているモータ駆動回路２９のままで、反力発生が停止する異常時に、運転者にステアリングホイール７の手応え感を与えることができる。
【００２０】
また、この実施例においては、従来の引用文献１と対比して、以下のような特有の作用効果がある。
先ず、機械的バックアップ装置を不要として、反力発生が停止する異常発生時からシステム電源停止時まで、ステアリングホイール操作角に応じた手応え感を運転者に与えるため、反力発生モータ１３の端子１３Ａ、１３Ｂ間を断続的に短絡するように駆動回路２９の各モータ駆動用素子（スイッチング素子）をデューテイ制御できる。
また、正常時の反力トルク値を記憶しておき、異常発生時には、異常が発生する直前の反力トルク値になるように制御し、ステアリングホイール７の手応え感の急変を防ぐことができる。
更に、リレースイッチを不要とし、構成を簡単にするとともに、廉価にできる。
更にまた、従来の引用文献１と同様に、電力供給回路の駆動電流値等をモニタリングすることで、異常を検出可能とし、有効的である。
また、フェール時モータ駆動条件が成立したときに、第１モータ駆動用素子３１Ａ・第３モータ駆動用素子３１Ｃをオフとするため、フェールセーフリレー３０の状態にかかわらず、ステアリングホイール７の制御を実行可能とする。
更に、通常のフェールセーフリレー３０とＨブリッジを使った駆動回路２９のみを用いて、ステアリングホイール７の急激なトルクダウンを補うことができ、従来のように、異常発生から機械的なバックアップ動作に移るまでの間のみ利用するのではなく、異常発生からシステム電源停止（システム停止）までの間で利用可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明に係るステアバイワイヤシステムを、各種車両に適用可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 車両
２ ステアバイワイヤシステム
３ 操作機構
４ 操舵機構
５ ステアリングコラム
６ ステアリングシャフト
７ ステアリングホイール
１０ 第１操作角検出手段
１１ トルクセンサ
１２ 第２操作角検出手段
１３ 反力発生モータ
１４Ｌ 左前輪（操舵輪）
１４Ｒ 右前輪（操舵輪）
２１ 第１操舵モータ
２２ 第２操舵モータ
２３ 制御装置
２４ 反力発生モータ制御手段
２６ 第１操舵用制御手段
２７ 第２操舵用制御手段
２９ 駆動回路（Ｈブリッジ回路）
３０ フェールセーフリレー
３１Ａ〜３１Ｄ モータ駆動用素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、前記ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設け、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段を備え、この異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出された時には前記反力発生モータの端子間を短絡させる反力発生モータ制御手段を設けたステアバイワイヤシステムにおいて、前記ステアリングホイールの操作角を検出する操作角検出手段を設け、前記反力発生モータ制御手段は前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記操作角検出手段により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とするステアバイワイヤシステム。
【請求項２】
前記反力発生モータ制御手段は、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段を備え、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態発生時には前記記憶手段に記憶された反力トルク値になるように前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項３】
前記反力発生モータの駆動回路はＨブリッジ回路であり、前記反力発生モータ制御手段は、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には前記Ｈブリッジ回路の４つのモータ駆動用素子を制御することによって前記反力発生モータの回転を制御し、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記モータ駆動用素子をデューティ制御して前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項１】
ステアリングホイールと操舵輪とが機械的に切り離され、前記ステアリングホイールに路面反力に相当する反力を発生させる反力発生モータを設け、反力発生が停止する異常状態か否かを検出する異常検出手段を備え、この異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出された時には前記反力発生モータの端子間を短絡させる反力発生モータ制御手段を設けたステアバイワイヤシステムにおいて、前記ステアリングホイールの操作角を検出する操作角検出手段を設け、前記反力発生モータ制御手段は前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記操作角検出手段により検出されるステアリングホイール操作角に基づいて前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とするステアバイワイヤシステム。
【請求項２】
前記反力発生モータ制御手段は、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出される直前の反カトルク値を記憶する記憶手段を備え、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態発生時には前記記憶手段に記憶された反力トルク値になるように前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする請求項１に記載のステアバイワイヤシステム。
【請求項３】
前記反力発生モータの駆動回路はＨブリッジ回路であり、前記反力発生モータ制御手段は、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されていない時には前記Ｈブリッジ回路の４つのモータ駆動用素子を制御することによって前記反力発生モータの回転を制御し、前記異常検出手段により反力発生が停止する異常状態が検出されている時には前記モータ駆動用素子をデューティ制御して前記反力発生モータの端子間を断続的に短絡させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアバイワイヤシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４４１１１（Ｐ２０１２−１４４１１１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８２８（Ｐ２０１１−２８２８）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００２０８２）スズキ株式会社 (3,196)
【Ｆターム（参考）】
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