車両用操舵装置
【課題】 過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて電子制御装置の異常時においても確実に操舵可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供すること。
【解決手段】 ステアリング装置は、転舵ＥＣＵの異常時にモータ１３に対する電力供給を通常供給系から非常供給系３２に切り替える切替え装置と、非常供給系３２の途中に設けられ、ステアリング操作に応じてモータ１３の両給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差を可変可能な電位差可変装置４０とを備える。電位差可変装置４０は、並列接続された一対の三端子型の可変抵抗器４１ａ，４１ｂを備え、該各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂは、モータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂと接続される。そして、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置がステアリング操作に応じて可変するように構成される。
【解決手段】 ステアリング装置は、転舵ＥＣＵの異常時にモータ１３に対する電力供給を通常供給系から非常供給系３２に切り替える切替え装置と、非常供給系３２の途中に設けられ、ステアリング操作に応じてモータ１３の両給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差を可変可能な電位差可変装置４０とを備える。電位差可変装置４０は、並列接続された一対の三端子型の可変抵抗器４１ａ，４１ｂを備え、該各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂは、モータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂと接続される。そして、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置がステアリング操作に応じて可変するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転舵輪とステアリング（ハンドル）とを機械的に分離し、検出されたステアリングの舵角（操舵角）に基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪の舵角（転舵角）を発生させるべく転舵アクチュエータの作動を制御する所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が提案されている。
【０００３】
ところで、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置は、いうまでもなく車両の操舵機能という本質的且つ重要な機能を電気制御システムに置換えるものであり、その要求される信頼性の水準もまた、その他の電子制御システムより一層高くなるのが必然である。そのため、従来より、電子制御系を多重化する（例えば、特許文献１参照）、或いは非常用の機械的伝達機構を備える（例えば、特許文献２参照）等、その信頼性の向上を図るべく、様々な対策がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２００８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記第１の従来例のごとく、電子制御系を多重化する構成とした場合、システムが複雑になるとともに、その製造コストも極めて高いものとなる。また、上記第２の従来例に至っては、転舵輪とステアリングとが機械的に分離されたことによる高い設計自由度等といった、ステアバイワイヤの利点を大きく阻害することになり、いずれの場合もその弊害のあるものとなっていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて電子制御装置の異常時においても確実に操舵可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記直流モータに対する駆動電力の供給を通じて前記転舵アクチュエータの作動を制御する電子制御装置とを備えた車両用操舵装置であって、前記電子制御装置の異常を検出する異常判定装置と、前記電子制御装置に異常が発生した場合に、前記直流モータに対する電力供給経路を、前記電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替える切替手段と、前記非常供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、を要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記位置可変手段は、前記ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するように構成された一対のロータを備え、前記各三端子型可変抵抗器は、その抵抗本体が第１のロータ側に固定されるとともに前記可動接点が第２のロータ側に固定されること、を要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記第１及び第２のロータは、前記ステアリングの操舵角又は前記ステアリングに印加される操舵トルクに応じて前記相対位置が変化するように構成されること、を要旨とする。
【０００９】
上記各構成によれば、電子制御装置に異常が発生した場合、直流モータに対する電力供給経路が電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替えられ、この非常供給系に設けられた可変可能な電位差可変手段により各給電端子間の電位差が可変されることにより、モータが回転、即ち転舵アクチュエータが作動する。従って、電子制御系を三重化する、或いは非常用の機械的伝達機構を備える等、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて、両電子制御装置の異常時においても確実に転舵角の変更、即ちその操舵を行うことができるようになる。また、電位差可変手段は、マイコン等の電子制御を用いることなく簡単な電気的構成及び機械的構成によって電位差を可変するものであるため、極めて高い信頼性を確保することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記直流モータに対する電力供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、を要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、電子制御装置を有しない簡素な構成であることから、低コストであるとともに極めて高い信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて電子制御装置の異常時においても確実に操舵可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング（ハンドル）２を含む操舵機構３と転舵輪４の舵角を変更するための転舵機構５とが機械的に非連結、即ちステアリング２と転舵輪４とが機械的に分離された所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。
【００１４】
操舵機構３は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト６と、ステアリング操作に伴うステアリング２の舵角（操舵角θs）を検出するための操舵角センサ７とを備えている。そして、転舵機構５は、操舵角センサ７により検出される操舵角θsに基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪４の舵角（転舵角θt）を発生させるための転舵アクチュエータ８を備えている。
【００１５】
本実施形態では、転舵機構５は、タイロッド９及びナックルアーム１０を介して左右の転舵輪４を連結する転舵軸１２を有しており、転舵アクチュエータ８は、駆動源であるモータ１３と該モータ１３の回転を転舵軸１２の往復動に変換する変換機構１４とを備えている。尚、本実施形態では、変換機構１４にはウォームギヤ及びラック＆ピニオンギヤが採用されている。モータ１３は、電子制御装置としての転舵ＥＣＵ１５と接続されており、同転舵ＥＣＵ１５は、車載の直流電源（バッテリ）１６と接続されている。そして、転舵ＥＣＵ１５は、この直流電源１６に基づく駆動電力をモータ１３に供給し、モータ１３は、その駆動電力に基づいて回転する。本実施形態では、モータ１３には、直流モータが採用されており、同モータ１３は、その給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差（詳しくは、給電端子１３ａ，１３ｂに対する印加電圧の電位差）に基づいて回転する。そして、転舵ＥＣＵ１５は、この各給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差、即ち駆動電力の通電方向並びにその通電電流量を制御することによりモータ１３の回転を制御し、これにより、転舵アクチュエータ８の作動を制御する。そして、この転舵アクチュエータ８により駆動された転舵軸１２の往復動が転舵輪４に伝達されることにより、同転舵輪４の舵角、即ち転舵角θtが変更されるようになっている。尚、本実施形態では、第１の給電端子１３ａに対する印加電圧が第２の給電端子１３ｂに対する印加電圧よりも大となることにより、Ａ方向（図中左方向）に転舵角θtが変更され、第２の給電端子１３ｂに対する印加電圧が第１の給電端子１３ａに対する印加電圧よりも大となることにより、Ｂ方向（図中右方向）に転舵角θtが変更されるようになっている。
【００１６】
さらに詳述すると、転舵ＥＣＵ１５は、モータ制御信号を出力するマイコン１７と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１３に駆動電力を供給する駆動回路１８とを備えている。また、本実施形態のステアリング装置１は、上記操舵角センサ７に加え、車速センサ１９、及び転舵輪４の転舵角θtを決定する転舵軸１２の軸方向の変位量Ｘを検出するための変位量センサ２０を備えており、これらの各センサは、転舵ＥＣＵ１５に接続されている。尚、本実施形態では、モータ１３のモータ回転角θmsを検出する回転角センサにより上記変位量センサ２０が構成されている。そして、マイコン１７は、上記各センサの出力信号に基づいて、操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘを検出し、その検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、ステアリング操作に応じた値に転舵角θtを変更するためのモータ制御信号を出力する。
【００１７】
具体的には、図２のフローチャートに示すように、マイコン１７は、先ず、上記各センサの出力信号に基づいて、各センサ値（操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘ）を検出する（ステップ１０１）。次に、マイコン１７は、検出された操舵角θs及び車速Ｖに基づいて転舵角θtの制御目標量である変位量指令値Ｘ*を演算し（ステップ１０２）、その演算により算出された変位量指令値Ｘ*及び検出された変位量Ｘに基づくフィードバック制御演算、即ち位置制御演算を実行する（ステップ１０３）。そして、この位置制御演算により算出された制御量εsに基づいてモータ駆動信号を生成し、そのモータ駆動信号を駆動回路１８へと出力する（ステップ１０４）。そして、駆動回路１８がそのモータ駆動信号に応じた駆動電力をモータ１３に供給することにより、ステアリング操作に応じた値に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。
【００１８】
一方、図１に示すように、本実施形態では、操舵機構３は、ステアリング操作によりステアリング２に入力される操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ２１と、該検出された操舵トルクτ（及び後述する路面反力Ｆr）に応じた操舵反力をステアリング２に付与するための反力アクチュエータ２２とを備えている。
【００１９】
詳述すると、反力アクチュエータ２２は、駆動源としてのモータ２３と、モータ２３の回転を減速してステアリングシャフト６に伝達する減速機構２４とを備えている。モータ２３は、反力ＥＣＵ２５と接続されており、同モータ２３は、反力ＥＣＵ２５から供給される駆動電力に基づいて回転する。尚、本実施形態では、モータ２３にはブラシレスモータが採用されており、反力ＥＣＵ２５は、同モータ２３に対して三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。そして、反力ＥＣＵ２５は、そのモータ２３に供給する駆動電力を制御することにより、同モータ２３、即ち反力アクチュエータ２２の作動を制御する。
【００２０】
さらに詳述すると、反力ＥＣＵ２５は、モータ制御信号を出力するマイコン２７と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ２３に対し直流電源１６の出力する直流電力を三相の駆動電力に変換して供給する駆動回路２８とを備えている。本実施形態のステアリング装置１は、モータ２３に供給される実電流値Ｉrを検出するための電流センサ２９ａ、及びモータ回転角θmrを検出するための回転角センサ３０を備えており、反力ＥＣＵ２５には、これら両センサ、並びに上記トルクセンサ２１、車速センサ１９及び変位量センサ２０が接続されている。また、本実施形態では、上記転舵アクチュエータ８のモータ１３に供給される実電流値Ｉsを検出するための電流センサ２９ｂが設けられており、この電流センサ２９ｂもまた反力ＥＣＵ２５に接続されている。そして、マイコン２７は、これら各センサの出力信号により検出される操舵トルクτ及び車速Ｖを含む各センサ値、並びにこれら各センサ値により推定される路面反力Ｆrに基づいて、その操舵トルクτ、路面反力Ｆr及び車速Ｖに応じた操舵反力をステアリング２に付与するためのモータ制御信号を出力する。
【００２１】
具体的には、図３のフローチャートに示すように、マイコン２７は、先ず、各センサ値（操舵トルクτ、車速Ｖ、変位量Ｘ、モータ回転角θmr，実電流値Ｉr（反力アクチュエータ側），実電流値Ｉs（転舵アクチュエータ側））を検出する（ステップ２０１）。次に、マイコン２７は、検出された変位量Ｘ及び転舵アクチュエータ８の各モータ１３に供給される駆動電力の実電流値Ｉsに基づいて、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを推定し（ステップ２０２）、続いて、その推定された路面反力Ｆr及び上記検出された操舵トルクτに基づいて、操舵反力トルクの制御目標量である電流指令値Ｉq*を演算する（ステップ２０３）。そして、この電流指令値Ｉq*及び検出されたモータ２３に供給される駆動電力の実電流値Ｉr、並びにモータ回転角θmrに基づいてフィードバック制御演算を実行し（ステップ２０４）、その演算により算出された制御量εrに基づくモータ制御信号を出力する（ステップ２０５）。そして、駆動回路２８がそのモータ駆動信号に応じた駆動電力をモータ２３へと供給し、その発生するモータトルクが減速機構２４を介してステアリングシャフト６に伝達されることにより、操舵トルクτ、路面反力Ｆr及び車速Ｖに応じた操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。
【００２２】
（転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能）
次に、本実施形態のステアリング装置における転舵ＥＣＵ（電子制御装置）異常時のフェールセーフ機能について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、通常時において転舵アクチュエータ８のモータ１３に駆動電力を供給するための電力供給経路、即ち上記転舵ＥＣＵ１５を有する通常供給系３１に加え、転舵ＥＣＵ１５を迂回して直流電源１６とモータ１３とを接続するための非常供給系３２を備えている。そして、転舵ＥＣＵ１５に異常が発生した場合には、この非常供給系３２を介してモータ１３に駆動電力を供給することにより、転舵アクチュエータ８の作動、即ち転舵角θtの変更ができるようになっている。
【００２４】
詳述すると、ステアリング装置１は、転舵アクチュエータ８のモータ１３に対する電力供給を、通常供給系３１から非常供給系３２に切り替える切替装置３３と、転舵ＥＣＵ１５に異常が発生した場合に、同切替装置３３に対しその切替指令を出力する異常判定装置３４とを備えている。本実施形態では、異常判定装置３４は、転舵ＥＣＵ１５と接続されており、同転舵ＥＣＵ１５は、その異常の有無を示す異常信号を異常判定装置３４に出力する。そして、異常判定装置３４は、その入力される異常信号（若しくは異常信号が入力されなくなったこと）に基づいて転舵ＥＣＵ１５の異常を判定し、その異常が発生したと判定した場合に、切替手段である切替装置３３に対して上記切替指令を出力する。
【００２５】
一方、本実施形態の切替装置３３は、二系統の入力端子と一系統の出力端子とを備えており、通常供給系３１及び非常供給系３２は、この切替装置３３を介してモータ線３５と接続されている。具体的には、切替装置３３の第１入力端子３６ａ，３６ｂには、それぞれ通常供給系３１を構成する第１及び第２通常線３１ａ，３１ｂが接続され、切替装置３３の第２入力端子３７ａ，３７ｂには、それぞれ非常供給系３２を構成する第１及び第２非常線３２ａ，３２ｂが接続されている。そして、切替装置３３の出力端子３８ａ，３８ｂには、それぞれモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに対応する第１及び第２モータ線３５ａ，３５ｂが接続されている。尚、この場合において、「入力端子」及び「出力端子」は、それぞれ単に電源側端子（入力端子）であるか、或いは負荷であるモータ側端子（出力端子）であるかを示すものであり、その通電方向を示すものではない。そして、切替装置３３は、異常判定装置３４から切替指令の入力があった場合には、出力端子３８ａ，３８ｂとの接続状態を、第１入力端子３６ａ，３６ｂ側から第２入力端子３７ａ，３７ｂ側に切り替えることにより、モータ１３に対する電力供給経路を、通常供給系３１から非常供給系３２に切り替えるようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、非常供給系３２の途中に設けられ、上記切り替え時、即ち転舵ＥＣＵ１５の異常時に、ステアリング操作に応じてモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差、即ち両給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差を可変可能な電位差可変手段としての電位差可変装置４０を備えている。そして、この電位差可変装置４０の作動により両給電端子１３ａ，１３ｂ間に電位差が生じ、その電位差に基づいてモータ１３が回転することにより、転舵アクチュエータ８が作動、即ち転舵角θtの変更がなされるようになっている。
【００２７】
詳述すると、図４に示すように、電位差可変装置４０は、並列接続された一対の可変抵抗器４１ａ，４１ｂを備えている。これら各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、三端子型可変抵抗器であり、該各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂは、それぞれ非常供給系３２を構成する第１及び第２非常線３２ａ，３２ｂと接続されている。即ち、第１の可変抵抗器４１ａの可動接点４２ａは、第１非常線３２ａ及び第１モータ線３５ａを介してモータ１３の第１の給電端子１３ａと接続されており、第２の可変抵抗器４１ｂの可動接点４２ｂは、第２非常線３２ｂ及び第２モータ線３５ｂを介してモータ１３の第２の給電端子１３ｂと接続されている。また、同電位差可変装置４０において、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、その抵抗値が等しく、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置がステアリング操作に応じて可変するように構成されている。そして、この接触位置の可変に伴い可変抵抗器４１ａ，４１ｂの何れか一方の抵抗値（詳しくは、抵抗本体４３ａ，４３ｂと可動接点４２ａ，４２ｂとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ１，Ｒ２）が他方の抵抗値よりも大となり、その各可動接点４２ａ，４２ｂの電位、即ちモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２に電位差（給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差）が生じ、及びその電位差が可変されるようになっている。
【００２８】
さらに詳述すると、本実施形態の電位差可変装置４０は、環状に形成されたアウタロータ４５と、同アウタロータ４５の内側に設けられたインナロータ４６とを備えており、上記各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂがアウタロータ４５の内周に固定され、可動接点４２ａ，４２ｂがインナロータ４６の外周に固定されている。本実施形態では、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、アウタロータ４５の内周において１８０°ずれた位置、即ちインナロータ４６を挟んで対向する位置に配設されている。また、各可動接点４２ａ，４２ｂは、ステアリング非操作時において、その対応する各抵抗本体４３ａ，４３ｂとの接触位置が、該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０となるように配置されている。即ち、可変抵抗器４１ａ側の抵抗本体４３ａの可動接点４２ａとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ１と、可変抵抗器４１ｂ側の抵抗本体４３ｂの可動接点４２ｂとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ２とが等しくなる位置に配設されている。そして、本実施形態では、これらアウタロータ４５及びインナロータ４６は、ステアリング操作に応じてその周方向の相対位置が変化するように構成されている。尚、以下、説明の便宜のため、上記各抵抗値Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ単に「可変抵抗器４１ａ，４１ｂの抵抗値」という。
【００２９】
具体的には、図１に示すように、電位差可変装置４０は、ステアリングシャフト６、詳しくは、そのステアリング２と反力アクチュエータ２２との間に設けられている。図５に示すように、本実施形態のステアリングシャフト６は、ステアリング２に連結された第１シャフト６ａと、反力アクチュエータ２２に連結された第２シャフト６ｂとからなり、これら第１シャフト６ａ及び第２シャフト６ｂは、トーションバー４７を介して連結されている。そして、電位差可変装置４０は、そのインナロータ４６が第１シャフト６ａに固定され、そのアウタロータ４５が第２シャフト６ｂに固定されることにより、ステアリングシャフト６に設けられている。
【００３０】
つまり、本実施形態の電位差可変装置４０は、ステアリング操作時の操舵トルクτにより生ずるトーションバー４７の捻れによって、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化し、操舵トルクτが大となるほどその相対位置変化が大となるように構成されている。即ち、本実施形態では、アウタロータ４５及びインナロータ４６により位置可変手段が構成されており、アウタロータ４５が第１のロータを構成し、インナロータ４６が第２のロータを構成する。尚、本実施形態では、アウタロータ４５とインナロータ４６との間には、ストッパ４８が設けられており、両者間の相対位置変化は、予め設定された所定の角度範囲に規制されるようになっている。そして、このアウタロータ４５とインナロータ４６との間の相対位置変化により、各抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置が変更され、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となることにより、モータ１３の給電端子１３ａ，１３ｂ間に電位差が生ずるようになっている。そして、その相対位置変化の大きさ、即ちステアリング２に入力される操舵トルクτの大きさによってその電位差が可変されるようになっている。
【００３１】
（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態のステアリング装置１の作用・効果について説明する。図４に示すように、ステアリング２に操舵トルクτが入力されない場合、即ちステアリング非操作時には、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の相対位置は変化しない。そして、この状態において、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの各可動接点４２ａ，４２ｂと各抵抗本体４３ａ，４３ｂとの接触位置は、ともに該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０である。即ち、図６に示すように、ステアリング非操作時においては、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの抵抗値Ｒ１，Ｒ２は等しく（Ｒ１＝Ｒ２）、可動接点４２ａ，４２ｂの電位、即ちモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２もまた等しくなる（Ｖ１＝Ｖ２）。従って、ステアリング非操作時には、モータ１３は回転せず、転舵角θtも変更されない。
【００３２】
一方、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ステアリング２に同ステアリング２をＡ方向に回転させる操舵トルクτが入力された場合、インナロータ４６は、アウタロータ４５に対してＡ方向に相対回転する。これにより、第１の可変抵抗器４１ａにおいては、可動接点４２ａの接触位置が中立点Ｐ０よりもプラス側に変更され、第２の可変抵抗器４１ｂにおいては、可動接点４２ｂの接触位置が中立点Ｐ０よりもマイナス側に変更される。従って、第１の可変抵抗器４１ａの抵抗値Ｒ１よりも第２の可変抵抗器４１ｂの抵抗値Ｒ２が大となり、可動接点４２ａの電位が可動接点４２ｂの電位よりも高くなる。即ち、モータ１３の第１の給電端子１３ａに印加される電圧Ｖ１が第２の給電端子１３ｂに印加される電圧Ｖ２よりも高くなる。そして、その電位差に応じてモータ１３が回転することにより、Ａ方向（図中左方向）に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８が作動する。
【００３３】
同様に、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ステアリング２に同ステアリング２をＢ方向に回転させる操舵トルクτが入力された場合、インナロータ４６は、アウタロータ４５に対してＢ方向に相対回転する。これにより、第１の可変抵抗器４１ａにおいては、可動接点４２ａの接触位置が中立点Ｐ０よりもマイナス側に変更され、第２の可変抵抗器４１ｂにおいては、可動接点４２ｂの接触位置が中立点Ｐ０よりもプラス側に変更される。従って、第２の可変抵抗器４１ｂの抵抗値Ｒ２よりも第１の可変抵抗器４１ａの抵抗値Ｒ１が大となり、可動接点４２ｂの電位が可動接点４２ａの電位よりも高くなる。即ち、モータ１３の第２の給電端子１３ｂに印加される電圧Ｖ２が第１の給電端子１３ａに印加される電圧Ｖ１よりも高くなる。そして、その電位差に応じてモータ１３が回転することにより、Ｂ方向（図中右方向）に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８が作動するようになっている。
【００３４】
即ち、上記のように構成することで、ステアリング非操作時には、モータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２が等しくなるため、モータ１３は回転せず、転舵角θtも変更されない。そして、ステアリング操作時には、そのステアリング操作に応じて各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２に電位差が生じ、この給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差に基づきモータ１３が回転することにより、転舵アクチュエータ８が作動、即ち転舵角θtの変更がなされる。従って、電子制御系を三重化する、或いは非常用の機械的伝達機構を備える等、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて、転舵ＥＣＵ１５の異常時においても確実に転舵角θtの変更、即ちその操舵を行うことができるようになる。加えて、マイコン等の電子制御を用いることなく簡単な電気的構成及び機械的構成によって電位差を可変するものであるため、極めて高い信頼性を確保することができる。
【００３５】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、転舵ＥＣＵ１５と反力ＥＣＵ２５とを別々に設けたが、転舵ＥＣＵ１５に反力ＥＣＵ２５の機能を持たせる構成としてもよい。また、反力ＥＣＵ２５に異常判定装置３４の機能を持たせる構成としてもよい。
【００３６】
・本実施形態では、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、アウタロータ４５の内周において１８０°ずれた位置、即ちインナロータ４６を挟んで対向する位置に配設されることとした。しかし、これに限らず、ステアリング非操作時において、各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置が、該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０、即ち各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂの電位が等しくなる位置であれば、各抵抗本体４３ａ，４３ｂの固定位置は、任意に設定してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂがアウタロータ４５の内周に固定され、可動接点４２ａ，４２ｂがインナロータ４６の外周に固定されることとした。即ち、アウタロータ４５により第１のロータを構成し、インナロータ４６により第２のロータを構成することとした。しかし、これに限らず、インナロータ４６の外周に各抵抗本体４３ａ，４３ｂを固定し、アウタロータ４５の内周に可動接点４２ａ，４２ｂを固定する構成とする。即ち、インナロータ４６により第１のロータを構成し、アウタロータ４５により第２のロータを構成してもよい。
【００３８】
・本実施形態では、ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するアウタロータ４５及びインナロータ４６により位置可変手段を構成したが、位置可変手段は、このような構成に限るものではない。
【００３９】
・本実施形態では、電位差可変装置４０は、ステアリング２に入力される操舵トルクτに応じて、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化するように構成されることとした。しかし、これに限らず、ステアリング２の操舵角θsに応じてアウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化するように電位差可変装置を構成してもよい。尚、このような構成は、トーションバー４７に代えて減速機構を用いることで容易に具現化することができる。
【００４０】
・また、図９に示すステアリング装置５０のように、転舵ＥＣＵ（電子制御装置）を廃して、モータ１３に対する電力供給経路に、本実施形態の電位差可変装置４０と同様の構成を有する電位差可変装置５１を設ける構成としてもよい。このような構成とすれば、電子制御装置を有しない簡素な構成であることから、低コストであるとともに極めて高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態のステアリング装置の概略構成図。
【図２】転舵ＥＣＵによる転舵アクチュエータの制御態様を示すフローチャート。
【図３】反力ＥＣＵによる反力アクチュエータの制御態様を示すフローチャート。
【図４】電位差可変装置の概略構成図。
【図５】電位差可変装置の概略構成を示す断面図。
【図６】転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図７】（ａ）（ｂ）転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図８】（ａ）（ｂ）転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図９】別例のステアリング装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１，５０…ステアリング装置、２…ステアリング（ハンドル）、３…操舵機構、４…転舵輪、５…転舵機構、６…ステアリングシャフト、６ａ…第１シャフト、６ｂ…第２シャフト、７…操舵角センサ、８…転舵アクチュエータ、１２…転舵軸、１３…モータ、１３ａ，１３ｂ…給電端子、１７…マイコン、１８…駆動回路、１９…車速センサ、２０…変位量センサ、２１…トルクセンサ、３１…通常供給系、３１ａ…第１通常線、３１ｂ…第２通常線、３２…非常供給系、３２ａ…第１非常線、３２ｂ…第２非常線、３３…切替装置、３５…モータ線、３５ａ…第１モータ線、３５ｂ…第２モータ線、３６ａ，３６ｂ…第１入力端子、３７ａ，３７ｂ…第２入力端子、３８ａ，３８ｂ…出力端子、４１ａ，４１ｂ…可変抵抗器、４２ａ，４２ｂ…可動接点、４３ａ，４３ｂ…抵抗本体、４５…アウタロータ、４６…インナロータ、４７…トーションバー、θt…転舵角、θs…操舵角、τ…操舵トルク、Ｒ１，Ｒ２…抵抗値、Ｖ１，Ｖ２…電圧、Ｐ０…中立点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、転舵輪とステアリング（ハンドル）とを機械的に分離し、検出されたステアリングの舵角（操舵角）に基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪の舵角（転舵角）を発生させるべく転舵アクチュエータの作動を制御する所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置が提案されている。
【０００３】
ところで、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置は、いうまでもなく車両の操舵機能という本質的且つ重要な機能を電気制御システムに置換えるものであり、その要求される信頼性の水準もまた、その他の電子制御システムより一層高くなるのが必然である。そのため、従来より、電子制御系を多重化する（例えば、特許文献１参照）、或いは非常用の機械的伝達機構を備える（例えば、特許文献２参照）等、その信頼性の向上を図るべく、様々な対策がなされている。
【特許文献１】特開２００３−２００８４０号公報
【特許文献２】特開２００２−１４５０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記第１の従来例のごとく、電子制御系を多重化する構成とした場合、システムが複雑になるとともに、その製造コストも極めて高いものとなる。また、上記第２の従来例に至っては、転舵輪とステアリングとが機械的に分離されたことによる高い設計自由度等といった、ステアバイワイヤの利点を大きく阻害することになり、いずれの場合もその弊害のあるものとなっていた。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて電子制御装置の異常時においても確実に操舵可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記直流モータに対する駆動電力の供給を通じて前記転舵アクチュエータの作動を制御する電子制御装置とを備えた車両用操舵装置であって、前記電子制御装置の異常を検出する異常判定装置と、前記電子制御装置に異常が発生した場合に、前記直流モータに対する電力供給経路を、前記電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替える切替手段と、前記非常供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、を要旨とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記位置可変手段は、前記ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するように構成された一対のロータを備え、前記各三端子型可変抵抗器は、その抵抗本体が第１のロータ側に固定されるとともに前記可動接点が第２のロータ側に固定されること、を要旨とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、前記第１及び第２のロータは、前記ステアリングの操舵角又は前記ステアリングに印加される操舵トルクに応じて前記相対位置が変化するように構成されること、を要旨とする。
【０００９】
上記各構成によれば、電子制御装置に異常が発生した場合、直流モータに対する電力供給経路が電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替えられ、この非常供給系に設けられた可変可能な電位差可変手段により各給電端子間の電位差が可変されることにより、モータが回転、即ち転舵アクチュエータが作動する。従って、電子制御系を三重化する、或いは非常用の機械的伝達機構を備える等、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて、両電子制御装置の異常時においても確実に転舵角の変更、即ちその操舵を行うことができるようになる。また、電位差可変手段は、マイコン等の電子制御を用いることなく簡単な電気的構成及び機械的構成によって電位差を可変するものであるため、極めて高い信頼性を確保することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記直流モータに対する電力供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、を要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、電子制御装置を有しない簡素な構成であることから、低コストであるとともに極めて高い信頼性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて電子制御装置の異常時においても確実に操舵可能なステアバイワイヤ式の車両用操舵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をステアバイワイヤ式の車両用操舵装置（ステアリング装置）に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、ステアリング（ハンドル）２を含む操舵機構３と転舵輪４の舵角を変更するための転舵機構５とが機械的に非連結、即ちステアリング２と転舵輪４とが機械的に分離された所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。
【００１４】
操舵機構３は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト６と、ステアリング操作に伴うステアリング２の舵角（操舵角θs）を検出するための操舵角センサ７とを備えている。そして、転舵機構５は、操舵角センサ７により検出される操舵角θsに基づいて、そのステアリング操作に応じた転舵輪４の舵角（転舵角θt）を発生させるための転舵アクチュエータ８を備えている。
【００１５】
本実施形態では、転舵機構５は、タイロッド９及びナックルアーム１０を介して左右の転舵輪４を連結する転舵軸１２を有しており、転舵アクチュエータ８は、駆動源であるモータ１３と該モータ１３の回転を転舵軸１２の往復動に変換する変換機構１４とを備えている。尚、本実施形態では、変換機構１４にはウォームギヤ及びラック＆ピニオンギヤが採用されている。モータ１３は、電子制御装置としての転舵ＥＣＵ１５と接続されており、同転舵ＥＣＵ１５は、車載の直流電源（バッテリ）１６と接続されている。そして、転舵ＥＣＵ１５は、この直流電源１６に基づく駆動電力をモータ１３に供給し、モータ１３は、その駆動電力に基づいて回転する。本実施形態では、モータ１３には、直流モータが採用されており、同モータ１３は、その給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差（詳しくは、給電端子１３ａ，１３ｂに対する印加電圧の電位差）に基づいて回転する。そして、転舵ＥＣＵ１５は、この各給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差、即ち駆動電力の通電方向並びにその通電電流量を制御することによりモータ１３の回転を制御し、これにより、転舵アクチュエータ８の作動を制御する。そして、この転舵アクチュエータ８により駆動された転舵軸１２の往復動が転舵輪４に伝達されることにより、同転舵輪４の舵角、即ち転舵角θtが変更されるようになっている。尚、本実施形態では、第１の給電端子１３ａに対する印加電圧が第２の給電端子１３ｂに対する印加電圧よりも大となることにより、Ａ方向（図中左方向）に転舵角θtが変更され、第２の給電端子１３ｂに対する印加電圧が第１の給電端子１３ａに対する印加電圧よりも大となることにより、Ｂ方向（図中右方向）に転舵角θtが変更されるようになっている。
【００１６】
さらに詳述すると、転舵ＥＣＵ１５は、モータ制御信号を出力するマイコン１７と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ１３に駆動電力を供給する駆動回路１８とを備えている。また、本実施形態のステアリング装置１は、上記操舵角センサ７に加え、車速センサ１９、及び転舵輪４の転舵角θtを決定する転舵軸１２の軸方向の変位量Ｘを検出するための変位量センサ２０を備えており、これらの各センサは、転舵ＥＣＵ１５に接続されている。尚、本実施形態では、モータ１３のモータ回転角θmsを検出する回転角センサにより上記変位量センサ２０が構成されている。そして、マイコン１７は、上記各センサの出力信号に基づいて、操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘを検出し、その検出された操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘに基づいて、ステアリング操作に応じた値に転舵角θtを変更するためのモータ制御信号を出力する。
【００１７】
具体的には、図２のフローチャートに示すように、マイコン１７は、先ず、上記各センサの出力信号に基づいて、各センサ値（操舵角θs、車速Ｖ及び変位量Ｘ）を検出する（ステップ１０１）。次に、マイコン１７は、検出された操舵角θs及び車速Ｖに基づいて転舵角θtの制御目標量である変位量指令値Ｘ*を演算し（ステップ１０２）、その演算により算出された変位量指令値Ｘ*及び検出された変位量Ｘに基づくフィードバック制御演算、即ち位置制御演算を実行する（ステップ１０３）。そして、この位置制御演算により算出された制御量εsに基づいてモータ駆動信号を生成し、そのモータ駆動信号を駆動回路１８へと出力する（ステップ１０４）。そして、駆動回路１８がそのモータ駆動信号に応じた駆動電力をモータ１３に供給することにより、ステアリング操作に応じた値に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８の作動が制御されるようになっている。
【００１８】
一方、図１に示すように、本実施形態では、操舵機構３は、ステアリング操作によりステアリング２に入力される操舵トルクτを検出するためのトルクセンサ２１と、該検出された操舵トルクτ（及び後述する路面反力Ｆr）に応じた操舵反力をステアリング２に付与するための反力アクチュエータ２２とを備えている。
【００１９】
詳述すると、反力アクチュエータ２２は、駆動源としてのモータ２３と、モータ２３の回転を減速してステアリングシャフト６に伝達する減速機構２４とを備えている。モータ２３は、反力ＥＣＵ２５と接続されており、同モータ２３は、反力ＥＣＵ２５から供給される駆動電力に基づいて回転する。尚、本実施形態では、モータ２３にはブラシレスモータが採用されており、反力ＥＣＵ２５は、同モータ２３に対して三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力を供給する。そして、反力ＥＣＵ２５は、そのモータ２３に供給する駆動電力を制御することにより、同モータ２３、即ち反力アクチュエータ２２の作動を制御する。
【００２０】
さらに詳述すると、反力ＥＣＵ２５は、モータ制御信号を出力するマイコン２７と、そのモータ制御信号に基づいて、モータ２３に対し直流電源１６の出力する直流電力を三相の駆動電力に変換して供給する駆動回路２８とを備えている。本実施形態のステアリング装置１は、モータ２３に供給される実電流値Ｉrを検出するための電流センサ２９ａ、及びモータ回転角θmrを検出するための回転角センサ３０を備えており、反力ＥＣＵ２５には、これら両センサ、並びに上記トルクセンサ２１、車速センサ１９及び変位量センサ２０が接続されている。また、本実施形態では、上記転舵アクチュエータ８のモータ１３に供給される実電流値Ｉsを検出するための電流センサ２９ｂが設けられており、この電流センサ２９ｂもまた反力ＥＣＵ２５に接続されている。そして、マイコン２７は、これら各センサの出力信号により検出される操舵トルクτ及び車速Ｖを含む各センサ値、並びにこれら各センサ値により推定される路面反力Ｆrに基づいて、その操舵トルクτ、路面反力Ｆr及び車速Ｖに応じた操舵反力をステアリング２に付与するためのモータ制御信号を出力する。
【００２１】
具体的には、図３のフローチャートに示すように、マイコン２７は、先ず、各センサ値（操舵トルクτ、車速Ｖ、変位量Ｘ、モータ回転角θmr，実電流値Ｉr（反力アクチュエータ側），実電流値Ｉs（転舵アクチュエータ側））を検出する（ステップ２０１）。次に、マイコン２７は、検出された変位量Ｘ及び転舵アクチュエータ８の各モータ１３に供給される駆動電力の実電流値Ｉsに基づいて、転舵輪４に作用する路面反力Ｆrを推定し（ステップ２０２）、続いて、その推定された路面反力Ｆr及び上記検出された操舵トルクτに基づいて、操舵反力トルクの制御目標量である電流指令値Ｉq*を演算する（ステップ２０３）。そして、この電流指令値Ｉq*及び検出されたモータ２３に供給される駆動電力の実電流値Ｉr、並びにモータ回転角θmrに基づいてフィードバック制御演算を実行し（ステップ２０４）、その演算により算出された制御量εrに基づくモータ制御信号を出力する（ステップ２０５）。そして、駆動回路２８がそのモータ駆動信号に応じた駆動電力をモータ２３へと供給し、その発生するモータトルクが減速機構２４を介してステアリングシャフト６に伝達されることにより、操舵トルクτ、路面反力Ｆr及び車速Ｖに応じた操舵反力がステアリング２に付与されるようになっている。
【００２２】
（転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能）
次に、本実施形態のステアリング装置における転舵ＥＣＵ（電子制御装置）異常時のフェールセーフ機能について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態のステアリング装置１は、通常時において転舵アクチュエータ８のモータ１３に駆動電力を供給するための電力供給経路、即ち上記転舵ＥＣＵ１５を有する通常供給系３１に加え、転舵ＥＣＵ１５を迂回して直流電源１６とモータ１３とを接続するための非常供給系３２を備えている。そして、転舵ＥＣＵ１５に異常が発生した場合には、この非常供給系３２を介してモータ１３に駆動電力を供給することにより、転舵アクチュエータ８の作動、即ち転舵角θtの変更ができるようになっている。
【００２４】
詳述すると、ステアリング装置１は、転舵アクチュエータ８のモータ１３に対する電力供給を、通常供給系３１から非常供給系３２に切り替える切替装置３３と、転舵ＥＣＵ１５に異常が発生した場合に、同切替装置３３に対しその切替指令を出力する異常判定装置３４とを備えている。本実施形態では、異常判定装置３４は、転舵ＥＣＵ１５と接続されており、同転舵ＥＣＵ１５は、その異常の有無を示す異常信号を異常判定装置３４に出力する。そして、異常判定装置３４は、その入力される異常信号（若しくは異常信号が入力されなくなったこと）に基づいて転舵ＥＣＵ１５の異常を判定し、その異常が発生したと判定した場合に、切替手段である切替装置３３に対して上記切替指令を出力する。
【００２５】
一方、本実施形態の切替装置３３は、二系統の入力端子と一系統の出力端子とを備えており、通常供給系３１及び非常供給系３２は、この切替装置３３を介してモータ線３５と接続されている。具体的には、切替装置３３の第１入力端子３６ａ，３６ｂには、それぞれ通常供給系３１を構成する第１及び第２通常線３１ａ，３１ｂが接続され、切替装置３３の第２入力端子３７ａ，３７ｂには、それぞれ非常供給系３２を構成する第１及び第２非常線３２ａ，３２ｂが接続されている。そして、切替装置３３の出力端子３８ａ，３８ｂには、それぞれモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに対応する第１及び第２モータ線３５ａ，３５ｂが接続されている。尚、この場合において、「入力端子」及び「出力端子」は、それぞれ単に電源側端子（入力端子）であるか、或いは負荷であるモータ側端子（出力端子）であるかを示すものであり、その通電方向を示すものではない。そして、切替装置３３は、異常判定装置３４から切替指令の入力があった場合には、出力端子３８ａ，３８ｂとの接続状態を、第１入力端子３６ａ，３６ｂ側から第２入力端子３７ａ，３７ｂ側に切り替えることにより、モータ１３に対する電力供給経路を、通常供給系３１から非常供給系３２に切り替えるようになっている。
【００２６】
また、本実施形態では、非常供給系３２の途中に設けられ、上記切り替え時、即ち転舵ＥＣＵ１５の異常時に、ステアリング操作に応じてモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２の電位差、即ち両給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差を可変可能な電位差可変手段としての電位差可変装置４０を備えている。そして、この電位差可変装置４０の作動により両給電端子１３ａ，１３ｂ間に電位差が生じ、その電位差に基づいてモータ１３が回転することにより、転舵アクチュエータ８が作動、即ち転舵角θtの変更がなされるようになっている。
【００２７】
詳述すると、図４に示すように、電位差可変装置４０は、並列接続された一対の可変抵抗器４１ａ，４１ｂを備えている。これら各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、三端子型可変抵抗器であり、該各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂは、それぞれ非常供給系３２を構成する第１及び第２非常線３２ａ，３２ｂと接続されている。即ち、第１の可変抵抗器４１ａの可動接点４２ａは、第１非常線３２ａ及び第１モータ線３５ａを介してモータ１３の第１の給電端子１３ａと接続されており、第２の可変抵抗器４１ｂの可動接点４２ｂは、第２非常線３２ｂ及び第２モータ線３５ｂを介してモータ１３の第２の給電端子１３ｂと接続されている。また、同電位差可変装置４０において、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、その抵抗値が等しく、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置がステアリング操作に応じて可変するように構成されている。そして、この接触位置の可変に伴い可変抵抗器４１ａ，４１ｂの何れか一方の抵抗値（詳しくは、抵抗本体４３ａ，４３ｂと可動接点４２ａ，４２ｂとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ１，Ｒ２）が他方の抵抗値よりも大となり、その各可動接点４２ａ，４２ｂの電位、即ちモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２に電位差（給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差）が生じ、及びその電位差が可変されるようになっている。
【００２８】
さらに詳述すると、本実施形態の電位差可変装置４０は、環状に形成されたアウタロータ４５と、同アウタロータ４５の内側に設けられたインナロータ４６とを備えており、上記各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂがアウタロータ４５の内周に固定され、可動接点４２ａ，４２ｂがインナロータ４６の外周に固定されている。本実施形態では、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、アウタロータ４５の内周において１８０°ずれた位置、即ちインナロータ４６を挟んで対向する位置に配設されている。また、各可動接点４２ａ，４２ｂは、ステアリング非操作時において、その対応する各抵抗本体４３ａ，４３ｂとの接触位置が、該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０となるように配置されている。即ち、可変抵抗器４１ａ側の抵抗本体４３ａの可動接点４２ａとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ１と、可変抵抗器４１ｂ側の抵抗本体４３ｂの可動接点４２ｂとの接触位置からプラス側の部分の抵抗値Ｒ２とが等しくなる位置に配設されている。そして、本実施形態では、これらアウタロータ４５及びインナロータ４６は、ステアリング操作に応じてその周方向の相対位置が変化するように構成されている。尚、以下、説明の便宜のため、上記各抵抗値Ｒ１，Ｒ２をそれぞれ単に「可変抵抗器４１ａ，４１ｂの抵抗値」という。
【００２９】
具体的には、図１に示すように、電位差可変装置４０は、ステアリングシャフト６、詳しくは、そのステアリング２と反力アクチュエータ２２との間に設けられている。図５に示すように、本実施形態のステアリングシャフト６は、ステアリング２に連結された第１シャフト６ａと、反力アクチュエータ２２に連結された第２シャフト６ｂとからなり、これら第１シャフト６ａ及び第２シャフト６ｂは、トーションバー４７を介して連結されている。そして、電位差可変装置４０は、そのインナロータ４６が第１シャフト６ａに固定され、そのアウタロータ４５が第２シャフト６ｂに固定されることにより、ステアリングシャフト６に設けられている。
【００３０】
つまり、本実施形態の電位差可変装置４０は、ステアリング操作時の操舵トルクτにより生ずるトーションバー４７の捻れによって、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化し、操舵トルクτが大となるほどその相対位置変化が大となるように構成されている。即ち、本実施形態では、アウタロータ４５及びインナロータ４６により位置可変手段が構成されており、アウタロータ４５が第１のロータを構成し、インナロータ４６が第２のロータを構成する。尚、本実施形態では、アウタロータ４５とインナロータ４６との間には、ストッパ４８が設けられており、両者間の相対位置変化は、予め設定された所定の角度範囲に規制されるようになっている。そして、このアウタロータ４５とインナロータ４６との間の相対位置変化により、各抵抗本体４３ａ，４３ｂに対する各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置が変更され、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となることにより、モータ１３の給電端子１３ａ，１３ｂ間に電位差が生ずるようになっている。そして、その相対位置変化の大きさ、即ちステアリング２に入力される操舵トルクτの大きさによってその電位差が可変されるようになっている。
【００３１】
（作用・効果）
次に、上記のように構成された本実施形態のステアリング装置１の作用・効果について説明する。図４に示すように、ステアリング２に操舵トルクτが入力されない場合、即ちステアリング非操作時には、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の相対位置は変化しない。そして、この状態において、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの各可動接点４２ａ，４２ｂと各抵抗本体４３ａ，４３ｂとの接触位置は、ともに該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０である。即ち、図６に示すように、ステアリング非操作時においては、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの抵抗値Ｒ１，Ｒ２は等しく（Ｒ１＝Ｒ２）、可動接点４２ａ，４２ｂの電位、即ちモータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２もまた等しくなる（Ｖ１＝Ｖ２）。従って、ステアリング非操作時には、モータ１３は回転せず、転舵角θtも変更されない。
【００３２】
一方、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ステアリング２に同ステアリング２をＡ方向に回転させる操舵トルクτが入力された場合、インナロータ４６は、アウタロータ４５に対してＡ方向に相対回転する。これにより、第１の可変抵抗器４１ａにおいては、可動接点４２ａの接触位置が中立点Ｐ０よりもプラス側に変更され、第２の可変抵抗器４１ｂにおいては、可動接点４２ｂの接触位置が中立点Ｐ０よりもマイナス側に変更される。従って、第１の可変抵抗器４１ａの抵抗値Ｒ１よりも第２の可変抵抗器４１ｂの抵抗値Ｒ２が大となり、可動接点４２ａの電位が可動接点４２ｂの電位よりも高くなる。即ち、モータ１３の第１の給電端子１３ａに印加される電圧Ｖ１が第２の給電端子１３ｂに印加される電圧Ｖ２よりも高くなる。そして、その電位差に応じてモータ１３が回転することにより、Ａ方向（図中左方向）に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８が作動する。
【００３３】
同様に、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ステアリング２に同ステアリング２をＢ方向に回転させる操舵トルクτが入力された場合、インナロータ４６は、アウタロータ４５に対してＢ方向に相対回転する。これにより、第１の可変抵抗器４１ａにおいては、可動接点４２ａの接触位置が中立点Ｐ０よりもマイナス側に変更され、第２の可変抵抗器４１ｂにおいては、可動接点４２ｂの接触位置が中立点Ｐ０よりもプラス側に変更される。従って、第２の可変抵抗器４１ｂの抵抗値Ｒ２よりも第１の可変抵抗器４１ａの抵抗値Ｒ１が大となり、可動接点４２ｂの電位が可動接点４２ａの電位よりも高くなる。即ち、モータ１３の第２の給電端子１３ｂに印加される電圧Ｖ２が第１の給電端子１３ａに印加される電圧Ｖ１よりも高くなる。そして、その電位差に応じてモータ１３が回転することにより、Ｂ方向（図中右方向）に転舵角θtを変更すべく転舵アクチュエータ８が作動するようになっている。
【００３４】
即ち、上記のように構成することで、ステアリング非操作時には、モータ１３の各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２が等しくなるため、モータ１３は回転せず、転舵角θtも変更されない。そして、ステアリング操作時には、そのステアリング操作に応じて各給電端子１３ａ，１３ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２に電位差が生じ、この給電端子１３ａ，１３ｂ間の電位差に基づきモータ１３が回転することにより、転舵アクチュエータ８が作動、即ち転舵角θtの変更がなされる。従って、電子制御系を三重化する、或いは非常用の機械的伝達機構を備える等、過剰な冗長性を擁することなく、簡素な構成にて、転舵ＥＣＵ１５の異常時においても確実に転舵角θtの変更、即ちその操舵を行うことができるようになる。加えて、マイコン等の電子制御を用いることなく簡単な電気的構成及び機械的構成によって電位差を可変するものであるため、極めて高い信頼性を確保することができる。
【００３５】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、転舵ＥＣＵ１５と反力ＥＣＵ２５とを別々に設けたが、転舵ＥＣＵ１５に反力ＥＣＵ２５の機能を持たせる構成としてもよい。また、反力ＥＣＵ２５に異常判定装置３４の機能を持たせる構成としてもよい。
【００３６】
・本実施形態では、各抵抗本体４３ａ，４３ｂは、アウタロータ４５の内周において１８０°ずれた位置、即ちインナロータ４６を挟んで対向する位置に配設されることとした。しかし、これに限らず、ステアリング非操作時において、各可動接点４２ａ，４２ｂの接触位置が、該各抵抗本体４３ａ，４３ｂの中立点Ｐ０、即ち各可変抵抗器４１ａ，４１ｂの可動接点４２ａ，４２ｂの電位が等しくなる位置であれば、各抵抗本体４３ａ，４３ｂの固定位置は、任意に設定してもよい。
【００３７】
・本実施形態では、各可変抵抗器４１ａ，４１ｂは、その抵抗本体４３ａ，４３ｂがアウタロータ４５の内周に固定され、可動接点４２ａ，４２ｂがインナロータ４６の外周に固定されることとした。即ち、アウタロータ４５により第１のロータを構成し、インナロータ４６により第２のロータを構成することとした。しかし、これに限らず、インナロータ４６の外周に各抵抗本体４３ａ，４３ｂを固定し、アウタロータ４５の内周に可動接点４２ａ，４２ｂを固定する構成とする。即ち、インナロータ４６により第１のロータを構成し、アウタロータ４５により第２のロータを構成してもよい。
【００３８】
・本実施形態では、ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するアウタロータ４５及びインナロータ４６により位置可変手段を構成したが、位置可変手段は、このような構成に限るものではない。
【００３９】
・本実施形態では、電位差可変装置４０は、ステアリング２に入力される操舵トルクτに応じて、アウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化するように構成されることとした。しかし、これに限らず、ステアリング２の操舵角θsに応じてアウタロータ４５とインナロータ４６との間の周方向の相対位置が変化するように電位差可変装置を構成してもよい。尚、このような構成は、トーションバー４７に代えて減速機構を用いることで容易に具現化することができる。
【００４０】
・また、図９に示すステアリング装置５０のように、転舵ＥＣＵ（電子制御装置）を廃して、モータ１３に対する電力供給経路に、本実施形態の電位差可変装置４０と同様の構成を有する電位差可変装置５１を設ける構成としてもよい。このような構成とすれば、電子制御装置を有しない簡素な構成であることから、低コストであるとともに極めて高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態のステアリング装置の概略構成図。
【図２】転舵ＥＣＵによる転舵アクチュエータの制御態様を示すフローチャート。
【図３】反力ＥＣＵによる反力アクチュエータの制御態様を示すフローチャート。
【図４】電位差可変装置の概略構成図。
【図５】電位差可変装置の概略構成を示す断面図。
【図６】転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図７】（ａ）（ｂ）転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図８】（ａ）（ｂ）転舵ＥＣＵ異常時のフェールセーフ機能の作用を示す説明図。
【図９】別例のステアリング装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４２】
１，５０…ステアリング装置、２…ステアリング（ハンドル）、３…操舵機構、４…転舵輪、５…転舵機構、６…ステアリングシャフト、６ａ…第１シャフト、６ｂ…第２シャフト、７…操舵角センサ、８…転舵アクチュエータ、１２…転舵軸、１３…モータ、１３ａ，１３ｂ…給電端子、１７…マイコン、１８…駆動回路、１９…車速センサ、２０…変位量センサ、２１…トルクセンサ、３１…通常供給系、３１ａ…第１通常線、３１ｂ…第２通常線、３２…非常供給系、３２ａ…第１非常線、３２ｂ…第２非常線、３３…切替装置、３５…モータ線、３５ａ…第１モータ線、３５ｂ…第２モータ線、３６ａ，３６ｂ…第１入力端子、３７ａ，３７ｂ…第２入力端子、３８ａ，３８ｂ…出力端子、４１ａ，４１ｂ…可変抵抗器、４２ａ，４２ｂ…可動接点、４３ａ，４３ｂ…抵抗本体、４５…アウタロータ、４６…インナロータ、４７…トーションバー、θt…転舵角、θs…操舵角、τ…操舵トルク、Ｒ１，Ｒ２…抵抗値、Ｖ１，Ｖ２…電圧、Ｐ０…中立点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記転舵アクチュエータの作動を制御する電子制御装置とを備えた車両用操舵装置であって、
前記電子制御装置の異常を検出する異常判定装置と、
前記電子制御装置に異常が発生した場合に、前記直流モータに対する電力供給経路を、前記電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替える切替手段と、
前記非常供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、
前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記位置可変手段は、前記ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するように構成された一対のロータを備え、前記各三端子型可変抵抗器は、その抵抗本体が第１のロータ側に固定されるとともに前記可動接点が第２のロータ側に固定されること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用操舵装置において、
前記第１及び第２のロータは、前記ステアリングの操舵角又は前記ステアリングに印加される操舵トルクに応じて前記相対位置が変化するように構成されること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、
給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、
前記直流モータに対する電力供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、
前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項１】
転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、前記モータに対する駆動電力の供給を通じて前記転舵アクチュエータの作動を制御する電子制御装置とを備えた車両用操舵装置であって、
前記電子制御装置の異常を検出する異常判定装置と、
前記電子制御装置に異常が発生した場合に、前記直流モータに対する電力供給経路を、前記電子制御装置を有する通常供給系から前記電子制御装置を迂回する非常供給系に切り替える切替手段と、
前記非常供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、
前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
前記位置可変手段は、前記ステアリング操作に応じて周方向の相対位置が変化するように構成された一対のロータを備え、前記各三端子型可変抵抗器は、その抵抗本体が第１のロータ側に固定されるとともに前記可動接点が第２のロータ側に固定されること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用操舵装置において、
前記第１及び第２のロータは、前記ステアリングの操舵角又は前記ステアリングに印加される操舵トルクに応じて前記相対位置が変化するように構成されること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【請求項４】
転舵輪と機械的に分離されたステアリングと、
給電端子間の電位差に応じて回転する直流モータを駆動源として前記ステアリングに対するステアリング操作に応じた前記転舵輪の転舵角を発生させる転舵アクチュエータと、
前記直流モータに対する電力供給系の途中に設けられ、前記ステアリング操作に応じて前記電位差を可変可能な電位差可変手段とを備え、
前記電位差可変手段は、並列接続されるとともにその可動接点がそれぞれ前記直流モータの各給電端子と接続された一対の三端子型可変抵抗器と、前記ステアリング操作に応じて前記各三端子型可変抵抗器の一方の抵抗値が他方の抵抗値よりも大となるように前記各可動接点の接触位置を可変可能な位置可変手段とを備えること、
を特徴とする車両用操舵装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２１８９９２（Ｐ２００６−２１８９９２Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３３８９３（Ｐ２００５−３３８９３）
【出願日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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