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JP2011225176A - Vehicular steering device - Google Patents

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JP2011225176A
JP2011225176A JP2010098966A JP2010098966A JP2011225176A JP 2011225176 A JP2011225176 A JP 2011225176A JP 2010098966 A JP2010098966 A JP 2010098966A JP 2010098966 A JP2010098966 A JP 2010098966A JP 2011225176 A JP2011225176 A JP 2011225176A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steering
motor
electric motor
backup
reaction force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010098966A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomohiro Miura
友博 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2010098966A priority Critical patent/JP2011225176A/en
Publication of JP2011225176A publication Critical patent/JP2011225176A/en
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Abstract

【課題】操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成で、比較的安易にフェール時のバックアップを行うことができる車両用操舵装置を提供する。
【解決手段】操舵機構2と転舵機構4とを機械的に分離したステアバイワイヤ式の車両用操舵装置1において、ステアリングシャフト22にバックアップモータ24を接続し、ピニオンシャフト43にバックアップモータ45を接続する。そして、ステアバイワイヤ機能に異常が発生したとき、接続回路5及び接続ケーブル6A,6Bを介してバックアップモータ24とバックアップモータ45とを電気的に接続する。これにより、操舵機構2と転舵機構4とを電気的に接続し、異常発生時における最低限の操舵機能を確保する。
【選択図】 図1
The present invention provides a vehicle steering apparatus that can perform backup during a failure relatively easily with a configuration in which a steering mechanism and a steering mechanism are completely separated mechanically.
In a steer-by-wire vehicle steering apparatus 1 in which a steering mechanism 2 and a steering mechanism 4 are mechanically separated, a backup motor 24 is connected to a steering shaft 22 and a backup motor 45 is connected to a pinion shaft 43. To do. When an abnormality occurs in the steer-by-wire function, the backup motor 24 and the backup motor 45 are electrically connected via the connection circuit 5 and the connection cables 6A and 6B. As a result, the steering mechanism 2 and the steering mechanism 4 are electrically connected to ensure a minimum steering function when an abnormality occurs.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、車両の操舵を行う操舵機構と、該操舵機構とは機械的に分離されて転舵輪を転舵する転舵機構とを備えた、所謂ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置に関する。   The present invention relates to a so-called steer-by-wire vehicle steering apparatus that includes a steering mechanism that steers a vehicle and a steering mechanism that is mechanically separated from the steering mechanism and steers steered wheels.

従来の車両用操舵装置として、操舵機構と転舵機構とが機械的に分離されたステアバイワイヤ式の車両用操舵装置がある。この種の車両用操舵装置では、操舵機構と転舵機構とが機械的に連結されていないため、ステアバイワイヤ機能の異常時にフェールセーフが必要である。
一般的なバックアップの手法としては、異常発生時に操舵機構と転舵機構とを機械的に電磁クラッチで接続したり、ワイヤープーリを用いて操舵機構から転舵機構へ動力を伝達したり、電気的に車両の両輪を制御したり、アシスト機構を2重で持ったりするものがある(例えば、特許文献1〜4参照)。
As a conventional vehicle steering device, there is a steer-by-wire vehicle steering device in which a steering mechanism and a steering mechanism are mechanically separated. In this type of vehicle steering apparatus, since the steering mechanism and the steering mechanism are not mechanically connected, fail-safe is necessary when the steer-by-wire function is abnormal.
As a general backup method, when an abnormality occurs, the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically connected by an electromagnetic clutch, power is transmitted from the steering mechanism to the steering mechanism using a wire pulley, or electrical In some cases, both wheels of the vehicle are controlled and the assist mechanism is doubled (see, for example, Patent Documents 1 to 4).

特開2008−126752号公報JP 2008-126752 A 特開2002−120736号公報JP 2002-120636 A 特開2003−63373号公報JP 2003-63373 A 特開平10−329743号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-329743

しかしながら、フェール時に操舵機構と転舵機構とをシャフト等で機械的に接続する構成は、安価なバックアップ手法ではあるが、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしきれない。一方、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とすると、フェール時におけるバックアップを完全二重化する必要があるなど、高価で複雑な機構となってしまう。
そこで、本発明は、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成で、比較的安易にフェール時のバックアップを行うことができる車両用操舵装置を提供することを課題としている。
However, the configuration in which the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically connected by a shaft or the like at the time of a failure is an inexpensive backup method, but has the advantage of steer-by-wire that mechanically separates the steering mechanism and the steering mechanism. I can't do it. On the other hand, if the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically completely separated from each other, an expensive and complicated mechanism is required, for example, it is necessary to double the backup at the time of failure.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can perform backup at the time of failure relatively easily with a configuration in which a steering mechanism and a steering mechanism are completely separated from each other.

上記課題を解決するために、請求項1に係る車両用操舵装置は、ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵機構と、転舵輪及び該転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有し、前記操舵機構とは機械的に切り離された転舵機構と、前記操舵反力アクチュエータ及び前記転舵アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備える車両用操舵装置であって、前記ステアリングホイールに連結された操舵軸に回転軸が接続された第1の電動モータと、車輪を転舵する転舵軸に回転軸が接続され、前記第1の電動モータと電気的に接続可能な第2の電動モータと、前記制御手段の作動異常時に、前記第1の電動モータと前記第2の電動モータとを電気的に接続する接続手段と、を備えることを特徴としている。   In order to solve the above problems, a vehicle steering apparatus according to a first aspect includes a steering mechanism having a steering wheel and a steering reaction force actuator that applies a steering reaction force to the steering wheel, a steered wheel, and a steered wheel. A steering apparatus for a vehicle, comprising: a steering actuator that steers and mechanically separated from the steering mechanism; and a control unit that drives and controls the steering reaction force actuator and the steering actuator. A first electric motor having a rotating shaft connected to a steering shaft coupled to the steering wheel; and a rotating shaft connected to a turning shaft for turning a wheel; A second electric motor connectable to the first electric motor and the second electric motor when the control means malfunctions, and a connecting means for electrically connecting the first electric motor and the second electric motor. It is characterized in that to obtain.

また、請求項2に係る車両用操舵装置は、請求項1に係る発明において、前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれブラシ付きDCモータであることを特徴としている。
さらに、請求項3に係る車両用操舵装置は、請求項1に係る発明において、前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれブラシレスDCモータであることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the vehicle steering apparatus according to the first aspect, wherein each of the first electric motor and the second electric motor is a DC motor with a brush.
Furthermore, the vehicle steering apparatus according to claim 3 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the first electric motor and the second electric motor are each a brushless DC motor.

また、請求項4に係る車両用操舵装置は、請求項1〜3の何れかに係る発明において、前記第1の電動モータは、前記操舵反力アクチュエータを構成する操舵反力用モータであることを特徴としている。
さらにまた、請求項5に係る車両用操舵装置は、請求項1〜4の何れかに係る発明において、前記第2の電動モータは、前記転舵アクチュエータを構成する転舵用モータであることを特徴としている。
また、請求項6に係る車両用操舵装置は、請求項1〜5の何れかに係る発明において、前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれ高誘起電圧特性を有する電動モータであることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the vehicle steering apparatus according to any one of the first to third aspects, the first electric motor is a steering reaction force motor that constitutes the steering reaction force actuator. It is characterized by.
Furthermore, the vehicle steering apparatus according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the second electric motor is a steering motor that constitutes the steering actuator. It is a feature.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the vehicle steering apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the first electric motor and the second electric motor each have a high induced voltage characteristic. It is characterized by being.

本発明によれば、ステアバイワイヤ機能に異常が発生したとき、操舵軸に接続したバックアップモータと転舵軸に接続したバックアップモータとを電気的に接続することで、操舵軸に接続したバックアップモータで発生した逆起電力を転舵軸に接続したバックアップモータに伝達可能な構成とすることができる。したがって、異常発生時には、運転者による操舵力を転舵機構に伝達することができる。このように、機械的に完全に分離された操舵機構と転舵機構とを電気的に接続可能とすることで、複雑な構成を用いることなく安易にフェール時のバックアップを行うことができる。   According to the present invention, when an abnormality occurs in the steer-by-wire function, the backup motor connected to the steering shaft and the backup motor connected to the steered shaft are electrically connected to each other. The generated back electromotive force can be transmitted to a backup motor connected to the steered shaft. Therefore, when an abnormality occurs, the steering force by the driver can be transmitted to the steering mechanism. In this way, by making it possible to electrically connect the steering mechanism and the steering mechanism that are completely separated from each other, it is possible to easily perform backup during a failure without using a complicated configuration.

本発明の一実施形態を示す全体構成図である。It is a whole lineblock diagram showing one embodiment of the present invention. コントローラ10で実行するステアバイワイヤ制御処理手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a steer-by-wire control processing procedure executed by a controller 10. 接続回路5のオフ状態を示す図である。It is a figure which shows the OFF state of the connection circuit. 接続回路5のオン状態を示す図である。It is a figure which shows the ON state of the connection circuit.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1は、本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
図中、符号1は、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置である。この車両用操舵装置1は、運転者が操舵する操舵機構2と、この操舵機構2から機械的に切り離されて左右前輪(転舵輪)3R,3Lを転舵する転舵機構4とを備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
In the figure, reference numeral 1 denotes a steer-by-wire vehicle steering device. The vehicle steering apparatus 1 includes a steering mechanism 2 that is steered by a driver, and a steering mechanism 4 that is mechanically separated from the steering mechanism 2 to steer left and right front wheels (steered wheels) 3R and 3L.

操舵機構2は、ステアリングホイール21と、ステアリングホイール21に連結され運転者から作用される操舵力が伝達されるステアリングシャフト(操舵軸)22と、反力モータ23と、バックアップモータ24とから構成される。
反力モータ23は、ステアリングシャフト22にトルクを付与することでステアリングホイール21に対して操舵反力を付与するためのものであり、ブラシレスモータ等で構成する。また、バックアップモータ24は、ブラシ付きDCモータで構成し、その回転軸をステアリングシャフト22に連結している。
The steering mechanism 2 includes a steering wheel 21, a steering shaft (steering shaft) 22 that is connected to the steering wheel 21 and transmits a steering force applied by a driver, a reaction force motor 23, and a backup motor 24. The
The reaction force motor 23 is for applying a steering reaction force to the steering wheel 21 by applying a torque to the steering shaft 22, and is constituted by a brushless motor or the like. Further, the backup motor 24 is constituted by a brushed DC motor, and its rotating shaft is connected to the steering shaft 22.

転舵機構4は、転舵輪3R,3Lに連結されたラック軸41と、ラック軸41と噛合するピニオンギヤ42と、ピニオンギヤ42に連結されたピニオンシャフト(転舵軸)43と、転舵モータ44と、バックアップモータ45とから構成される。
転舵モータ44は、ピニオンシャフト43を回転駆動することで、ラック軸41及びピニオンギヤ42を介して転舵輪3R,3Lを転舵するためのものであり、反力モータ23と同様にブラシレスモータ等で構成する。また、バックアップモータ45は、バックアップモータ24と同様にブラシ付きDCモータで構成し、その回転軸をピニオンシャフト43に連結している。
The steered mechanism 4 includes a rack shaft 41 coupled to the steered wheels 3R and 3L, a pinion gear 42 meshing with the rack shaft 41, a pinion shaft (steered shaft) 43 coupled to the pinion gear 42, and a steered motor 44. And a backup motor 45.
The steered motor 44 is used to steer the steered wheels 3R and 3L via the rack shaft 41 and the pinion gear 42 by rotationally driving the pinion shaft 43. As with the reaction force motor 23, a brushless motor or the like is used. Consists of. Similarly to the backup motor 24, the backup motor 45 is configured by a brushed DC motor, and its rotation shaft is coupled to the pinion shaft 43.

また、ステアリングシャフト22には、操舵トルクセンサ11と、操舵角センサ12とが設けられている。操舵トルクセンサ11は、ステアリングホイール21からステアリングシャフト22に伝達される操舵トルクを検出する。操舵角センサ12は、ステアリングシャフト22の回転角を操舵角として検出する。さらに、この車両用操舵装置1は、転舵角センサ13と、車速センサ14とを備える。転舵角センサ13は転舵輪3R,3Lの転舵角を検出し、車速センサ14は自車両の車速を検出するものである。これら各検出信号は、コントローラ10に入力される。   The steering shaft 22 is provided with a steering torque sensor 11 and a steering angle sensor 12. The steering torque sensor 11 detects a steering torque transmitted from the steering wheel 21 to the steering shaft 22. The steering angle sensor 12 detects the rotation angle of the steering shaft 22 as a steering angle. Furthermore, the vehicle steering apparatus 1 includes a turning angle sensor 13 and a vehicle speed sensor 14. The steered angle sensor 13 detects the steered angles of the steered wheels 3R and 3L, and the vehicle speed sensor 14 detects the vehicle speed of the host vehicle. Each of these detection signals is input to the controller 10.

そして、コントローラ10は、入力された各検出信号に基づいて、ステアリングホイール21の操舵角に応じて転舵輪3R,3Lを転舵するように転舵モータ44を駆動制御すると共に、転舵輪3R,3Lの転舵に応じた路面反力に相当する操舵反力をステアリングホイール21に与えるように、反力モータ23を駆動制御する。
また、この車両用操舵装置1は、バックアップモータ24とバックアップモータ45とを電気的に接続可能な接続回路5及び接続ケーブル6A,6Bを備える。接続回路5は、例えば、接続ケーブル6Aを接続/切断するリレー等で構成されており、コントローラ10からの制御信号に応じてオン/オフ制御される。
Then, the controller 10 drives and controls the steered motor 44 so as to steer the steered wheels 3R and 3L according to the steering angle of the steering wheel 21 based on the input detection signals. The reaction force motor 23 is driven and controlled so that a steering reaction force corresponding to a road surface reaction force corresponding to the 3L steering is applied to the steering wheel 21.
In addition, the vehicle steering apparatus 1 includes a connection circuit 5 and connection cables 6A and 6B that can electrically connect the backup motor 24 and the backup motor 45. The connection circuit 5 includes, for example, a relay that connects / disconnects the connection cable 6 </ b> A, and is ON / OFF controlled according to a control signal from the controller 10.

この接続回路5は、ステアバイワイヤ機能に異常が発生していない通常状態では、図3に示すようにオフ状態とする。この状態では、バックアップモータ24とバックアップモータ45とは互いに影響を及ぼすことはない。一方、接続回路5は、ステアバイワイヤ機能に異常が発生すると、コントローラ10からの制御信号に応じて図4に示すようにオン状態に切り替わる。この状態では、バックアップモータ24とバックアップモータ45とが電気的に接続された状態となり、バックアップモータ24が回転したときに当該バックアップモータ24で発生した逆起電力は、バックアップモータ45に伝達することになる。   In a normal state where no abnormality has occurred in the steer-by-wire function, the connection circuit 5 is turned off as shown in FIG. In this state, the backup motor 24 and the backup motor 45 do not affect each other. On the other hand, when an abnormality occurs in the steer-by-wire function, the connection circuit 5 switches to an on state as shown in FIG. 4 according to a control signal from the controller 10. In this state, the backup motor 24 and the backup motor 45 are electrically connected, and the back electromotive force generated in the backup motor 24 when the backup motor 24 rotates is transmitted to the backup motor 45. Become.

すなわち、コントローラ10は、各種センサで検出した検出信号を入力し、ステアバイワイヤ機能に異常が発生していない通常状態では、操舵角センサ12で検出した操舵角と車速センサ14で検出した車速とに応じて設定されるギヤ比を乗算した目標転舵角を算出する。そして、算出した目標転舵角と転舵角センサ13で検出した実転舵角との偏差に基づいて、実転舵角が目標転舵角に一致するように転舵モータ44を駆動制御する。さらに、この通常状態では、コントローラ10は、操舵角センサ12で検出した操舵角と車速センサ14で検出した車速とに基づいて反力マップ等を参照して目標反力トルクを算出する。そして、この目標反力トルクと操舵トルクセンサ11で検出した操舵トルクとの偏差に基づいて反力モータ23を駆動制御する。このようにして通常のステアバイワイヤ制御を行う。   That is, the controller 10 inputs detection signals detected by various sensors, and in a normal state where no abnormality has occurred in the steer-by-wire function, the controller 10 converts the steering angle detected by the steering angle sensor 12 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 14. A target turning angle is calculated by multiplying the gear ratio set accordingly. Then, based on the deviation between the calculated target turning angle and the actual turning angle detected by the turning angle sensor 13, the steering motor 44 is driven and controlled so that the actual turning angle matches the target turning angle. . Further, in this normal state, the controller 10 calculates a target reaction force torque by referring to a reaction force map or the like based on the steering angle detected by the steering angle sensor 12 and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 14. Then, the reaction force motor 23 is driven and controlled based on the deviation between the target reaction force torque and the steering torque detected by the steering torque sensor 11. In this way, normal steer-by-wire control is performed.

一方、ステアバイワイヤ機能に異常が発生している異常発生状態では、コントローラ10は、接続回路5に対してバックアップモータ24とバックアップモータ45とを接続状態とするための制御信号を出力し、上述した通常状態での反力モータ23及び転舵モータ44の駆動制御は行わない。
なお、ステアバイワイヤ機能に異常が発生している状態とは、各種センサ11〜14、反力モータ23や転舵モータ44の駆動回路、マイクロコンピュータ、ECU、電源系の何れかに異常が発生しており、通常のステアバイワイヤ制御を正常に行えない状態をいう。
On the other hand, in the abnormality occurrence state in which an abnormality has occurred in the steer-by-wire function, the controller 10 outputs a control signal for connecting the backup motor 24 and the backup motor 45 to the connection circuit 5 and described above. The drive control of the reaction force motor 23 and the steering motor 44 in the normal state is not performed.
It should be noted that the state in which the steer-by-wire function has an abnormality means that an abnormality has occurred in any of the sensors 11 to 14, the driving circuit of the reaction force motor 23 and the steering motor 44, the microcomputer, the ECU, and the power supply system. This is a state where normal steer-by-wire control cannot be performed normally.

図2は、コントローラ10で実行するステアバイワイヤ制御処理手順を示すフローチャートである。
このステアバイワイヤ制御処理は、所定時間毎に繰り返し実行する。先ず、ステップS1で、コントローラ10は、各種データを読み込みステップS2に移行する。ここでは、操舵トルクセンサ11で検出した操舵トルク、操舵角センサ12で検出した操舵角、転舵角センサ13で検出した転舵角、車速センサで検出した車速を取得する。
FIG. 2 is a flowchart showing a steer-by-wire control process procedure executed by the controller 10.
This steer-by-wire control process is repeatedly executed every predetermined time. First, in step S1, the controller 10 reads various data and proceeds to step S2. Here, the steering torque detected by the steering torque sensor 11, the steering angle detected by the steering angle sensor 12, the turning angle detected by the turning angle sensor 13, and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor are acquired.

ステップS2では、コントローラ10は、ステアバイワイヤ機能の異常判定を行う。ここでは、上述したように、各種センサ11〜14、反力モータ23や転舵モータ44の駆動回路、マイクロコンピュータ、ECU、電源系の何れかに異常が発生している状態であるか否かを判定する。そして、異常が発生しておらず正常にステアバイワイヤ制御を正常に行える状態であると判定した場合にはステップS3に移行し、異常が発生していると判定した場合には後述するステップ4に移行する。
ステップS3では、コントローラ10は、通常のステアバイワイヤ制御を行い、ステアバイワイヤ制御処理を終了する。すなわち、前記ステップS1で取得した各種センサの検出信号に基づいて反力モータ23及び転舵モータ44を駆動制御する。
In step S2, the controller 10 performs abnormality determination of the steer-by-wire function. Here, as described above, whether or not an abnormality has occurred in any of the various sensors 11 to 14, the drive circuit of the reaction force motor 23 and the steering motor 44, the microcomputer, the ECU, and the power supply system. Determine. If it is determined that no abnormality has occurred and the steer-by-wire control can be normally performed, the process proceeds to step S3. If it is determined that an abnormality has occurred, the process proceeds to step 4 described later. Transition.
In step S3, the controller 10 performs normal steer-by-wire control and ends the steer-by-wire control process. That is, the reaction force motor 23 and the turning motor 44 are driven and controlled based on the detection signals of the various sensors acquired in step S1.

また、ステップS4では、コントローラ10は、接続回路5に対してバックアップモータ24とバックアップモータ45とを電気的に接続状態とするための制御信号を出力すると共に、通常のステアバイワイヤ制御における反力モータ23及び転舵モータ44の駆動制御を停止し、ステアバイワイヤ制御処理を終了する。
なお、図1において、反力モータ23が操舵反力アクチュエータに対応し、転舵モータ44が転舵アクチュエータに対応し、コントローラ10が制御手段に対応し、バックアップモータ24が第1の電動モータに対応し、バックアップモータ45が第2の電動モータに対応し、接続回路5が接続手段に対応している。
Further, in step S4, the controller 10 outputs a control signal for electrically connecting the backup motor 24 and the backup motor 45 to the connection circuit 5, and at the same time, a reaction force motor in normal steer-by-wire control. 23 and the steering motor 44 are stopped, and the steer-by-wire control process is terminated.
In FIG. 1, the reaction force motor 23 corresponds to the steering reaction force actuator, the turning motor 44 corresponds to the turning actuator, the controller 10 corresponds to the control means, and the backup motor 24 corresponds to the first electric motor. Correspondingly, the backup motor 45 corresponds to the second electric motor, and the connection circuit 5 corresponds to the connection means.

(動作)
次に、上記本実施形態の動作を説明する。
今、各種センサ11〜14、モータ駆動回路、マイクロコンピュータ、ECU、電源系の何れにも異常が発生していないものとする。この場合には、コントローラ10は、ステアバイワイヤ機能が正常状態であると判断し(図2のステップS2でNo)、通常のステアバイワイヤ制御を行う(ステップS3)。
(Operation)
Next, the operation of the present embodiment will be described.
Assume that no abnormality has occurred in any of the various sensors 11 to 14, the motor drive circuit, the microcomputer, the ECU, and the power supply system. In this case, the controller 10 determines that the steer-by-wire function is in a normal state (No in step S2 in FIG. 2), and performs normal steer-by-wire control (step S3).

すなわち、運転者がステアリングホイール21を操作すると、これに応じて操舵角センサ12から操舵角に応じた舵角検出信号が出力される。コントローラ10は、その操舵角と車速センサ14で検出した車速とに応じた目標転舵角を演算し、実転舵量が演算した目標転舵角となるように、転舵モータ44を駆動制御する。これにより、転舵輪3R,3Lが転舵する。
このとき、転舵輪3R,3Lの転舵に対応する路面反力が発生する。そこで、コントローラ10は、操舵トルクセンサ11で検出した操舵トルクが、上記路面反力に相当する操舵反力を付与するための目標反力トルクとなるように、反力モータ23を駆動制御する。これにより、ステアリングホイール21に操舵反力が付与する。
That is, when the driver operates the steering wheel 21, a steering angle detection signal corresponding to the steering angle is output from the steering angle sensor 12 accordingly. The controller 10 calculates a target turning angle according to the steering angle and the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 14, and drives and controls the turning motor 44 so that the actual turning amount becomes the calculated target turning angle. To do. Thereby, the steered wheels 3R and 3L are steered.
At this time, a road surface reaction force corresponding to the turning of the steered wheels 3R and 3L is generated. Therefore, the controller 10 drives and controls the reaction force motor 23 so that the steering torque detected by the steering torque sensor 11 becomes the target reaction force torque for applying the steering reaction force corresponding to the road surface reaction force. Thereby, a steering reaction force is applied to the steering wheel 21.

このようにして、通常のステアバイワイヤ制御が行われ、運転者は自身の感覚に合致したステアリング操作を行うことができる。
なお、ステアバイワイヤ機能が正常状態である場合は、接続回路5が図3に示すようにオフ状態となっているため、バックアップモータ24とバックアップモータ45とは互いに影響を及ぼさない状態となっている。
In this way, normal steer-by-wire control is performed, and the driver can perform a steering operation that matches his / her sense.
When the steer-by-wire function is in a normal state, the connection circuit 5 is in an off state as shown in FIG. 3, so that the backup motor 24 and the backup motor 45 do not affect each other. .

この状態から、例えば、操舵トルクセンサ11に異常が発生したものとする。すると、コントローラ10は、ステアバイワイヤ制御を正常に行えない状態であり、ステアバイワイヤ機能が異常状態であると判断する(ステップS2でYes)。そのため、コントローラ10は、接続回路5に対して、バックアップモータ24とバックアップモータ45との間の接続ケーブルを接続状態とするための制御信号を出力する(ステップS4)。これにより、図4に示すように接続回路5はオン状態に切り替わる。このように、ステアリングシャフト22に回転軸を連結したバックアップモータ24と、ピニオンシャフト43に回転軸を連結したバックアップモータ45とを電気的に接続する。   For example, it is assumed that an abnormality has occurred in the steering torque sensor 11 from this state. Then, the controller 10 is in a state where the steer-by-wire control cannot be normally performed, and determines that the steer-by-wire function is in an abnormal state (Yes in step S2). Therefore, the controller 10 outputs a control signal for setting the connection cable between the backup motor 24 and the backup motor 45 to the connection circuit 5 (step S4). Thereby, as shown in FIG. 4, the connection circuit 5 switches to an ON state. As described above, the backup motor 24 having the rotation shaft coupled to the steering shaft 22 and the backup motor 45 having the rotation shaft coupled to the pinion shaft 43 are electrically connected.

このとき、運転者がステアリングホイール21を操作すると、その操舵力はステアリングシャフト22に伝達され、それに連動してステアリングシャフト22に接続されたバックアップモータ24が回転する。このとき、バックアップモータ24が回転することで当該バックアップモータ24には逆起電力が発生する。バックアップモータ24とバックアップモータ45とは電気的に接続された状態であるため、バックアップモータ24で発生した逆起電力は、接続回路5及び接続ケーブル6A,6Bを介してバックアップモータ45に伝達され、バックアップモータ45が回転する。これにより、転舵輪3R,3Lが転舵する。   At this time, when the driver operates the steering wheel 21, the steering force is transmitted to the steering shaft 22, and the backup motor 24 connected to the steering shaft 22 rotates in conjunction therewith. At this time, when the backup motor 24 rotates, a back electromotive force is generated in the backup motor 24. Since the backup motor 24 and the backup motor 45 are electrically connected, the back electromotive force generated by the backup motor 24 is transmitted to the backup motor 45 via the connection circuit 5 and the connection cables 6A and 6B. The backup motor 45 rotates. Thereby, the steered wheels 3R and 3L are steered.

このように、ステアバイワイヤ機能に異常が発生した場合には、ステアリングシャフト22に接続したバックアップモータ24とピニオンシャフト43に接続したバックアップモータ45とを電気的に接続することで、機械的に分離された操舵機構と転舵機構とを電気的に接続する。これにより、運転者に最低限の車両の左右操舵機能を提供することができる。   As described above, when an abnormality occurs in the steer-by-wire function, the backup motor 24 connected to the steering shaft 22 and the backup motor 45 connected to the pinion shaft 43 are electrically connected to each other to be mechanically separated. The steering mechanism and the steering mechanism are electrically connected. As a result, the minimum left-right steering function of the vehicle can be provided to the driver.

ところで、一般にステアバイワイヤ式の車両用操舵装置においては、異常発生時にハンドルが空転してしまうのを防止するために、異常発生時に操舵機構と転舵機構とを機械的に接続する方法がとられている。しかしながら、この場合、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしきれない。一方、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とすると、異常発生時のバックアップを完全二重系とする必要があり、高価で複雑な機構となってしまう。   By the way, in a steer-by-wire type vehicle steering device, in order to prevent the steering wheel from slipping when an abnormality occurs, a method of mechanically connecting the steering mechanism and the steering mechanism when an abnormality occurs is used. ing. However, in this case, the advantage of steer-by-wire that mechanically separates the steering mechanism and the steering mechanism cannot be fully utilized. On the other hand, when the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically completely separated from each other, it is necessary to provide a complete duplex system for backup when an abnormality occurs, resulting in an expensive and complicated mechanism.

これに対して、本実施形態では、操舵機構と転舵機構とを機械的に完全に分離した構成とし、異常発生時にはステアリングシャフトとピニオンシャフトとにそれぞれ接続したバックアップモータを用いて、操舵機構と転舵機構とを電気的に接続する。したがって、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしつつ、安価な構成でフェール時のバックアップを行うことができる。   On the other hand, in this embodiment, the steering mechanism and the steering mechanism are mechanically separated from each other, and when an abnormality occurs, a backup motor connected to the steering shaft and the pinion shaft is used. Electrical connection with the steering mechanism. Therefore, it is possible to perform backup at the time of failure with an inexpensive configuration while taking advantage of the steer-by-wire that mechanically separates the steering mechanism and the steering mechanism.

(効果)
このように、上記実施形態では、ステアリングシャフト(操舵軸)とピニオンシャフト(転舵軸)とにそれぞれバックアップモータを接続し、ステアバイワイヤ機能の異常発生時に、これらバックアップモータを電気的に接続する。これにより、操舵軸に接続したバックアップモータの逆起電力を転舵軸に接続したバックアップモータに伝達可能な構成とする。
したがって、異常発生時に運転者がステアリング操作を行った場合には、運転者による操舵力を転舵機構に伝達することができ、最低限の操舵機能を提供することが可能となる。そのため、操舵機構と転舵機構とを機械的に分離するというステアバイワイヤのメリットを生かしつつ、安価で簡易な構成でフェール時のバックアップを行うことができる。
(effect)
As described above, in the above-described embodiment, the backup motor is connected to the steering shaft (steering shaft) and the pinion shaft (steering shaft), and these backup motors are electrically connected when an abnormality occurs in the steer-by-wire function. Thus, the back electromotive force of the backup motor connected to the steering shaft can be transmitted to the backup motor connected to the steered shaft.
Therefore, when the driver performs a steering operation when an abnormality occurs, the steering force by the driver can be transmitted to the steering mechanism, and a minimum steering function can be provided. Therefore, it is possible to perform backup at the time of failure with an inexpensive and simple configuration while taking advantage of the steer-by-wire that mechanically separates the steering mechanism and the steering mechanism.

また、バックアップモータをブラシ付きDCモータで構成するので、バックアップ時における操舵機構から転舵機構への操舵力の伝達を効果的に行うことができる。このとき、バックアップモータとして誘起電圧定数が比較的大きい高誘起電圧タイプのものを用いれば伝達効率が良く、異常発生時により強い操舵力を得ることができると共に、接続する配線に流れる電流を低く抑えられるため、接続ケーブルとして線径が細く軽量安価で設置性の良い配線を用いることができる。   Further, since the backup motor is constituted by a brushed DC motor, it is possible to effectively transmit the steering force from the steering mechanism to the steering mechanism at the time of backup. At this time, if a high induced voltage type with a relatively large induced voltage constant is used as the backup motor, the transmission efficiency is good, a stronger steering force can be obtained when an abnormality occurs, and the current flowing through the connected wiring is kept low. Therefore, it is possible to use a wiring that is thin, lightweight, inexpensive, and easy to install as the connection cable.

(応用例)
なお、上記実施形態においては、バックアップモータをブラシ付きDCモータで構成する場合について説明したが、ブラシレスDCモータで構成することもできる。この場合、誘起電圧を非常に大きく設定し、僅かな回転であってもハンドル側のモータの回転によって発生した電流ベクトルにモータの位置ベクトルが追従するように設定することが望ましい。
(Application examples)
In the above embodiment, the case where the backup motor is configured by a brushed DC motor has been described. However, the backup motor may be configured by a brushless DC motor. In this case, it is desirable that the induced voltage is set to be very large and the position vector of the motor follows the current vector generated by the rotation of the motor on the handle side even with a slight rotation.

また、上記実施形態においては、ステアリングホイール21に操舵反力を付与する反力モータ23とは別にバックアップモータ24を設ける場合について説明したが、反力モータ23をハンドル側のバックアップモータとして用いることもできる。同様に、転舵モータ44を転舵輪側のバックアップモータとして用いることもできる。この場合、異常発生時には反力モータ23と転舵モータ44とを電気的に接続するようにする。これにより、より簡易な構成でフェール時におけるバックアップを行うことができる。   In the above embodiment, the case where the backup motor 24 is provided separately from the reaction force motor 23 that applies the steering reaction force to the steering wheel 21 has been described. However, the reaction force motor 23 may be used as a backup motor on the handle side. it can. Similarly, the steered motor 44 can be used as a backup motor on the steered wheel side. In this case, when an abnormality occurs, the reaction force motor 23 and the turning motor 44 are electrically connected. As a result, backup at the time of failure can be performed with a simpler configuration.

1…車両用操舵装置、2…操舵機構、3R,3L…転舵輪、4…転舵機構、5…接続回路、6A,6B…接続ケーブル、10…コントローラ、11…操舵トルクセンサ、12…操舵角センサ、13…転舵角センサ、14…車速センサ、21…ステアリングホイール、22…ステアリングシャフト、23…反力モータ、24…バックアップモータ、41…ラック軸、42…ピニオンギヤ、43…ピニオンシャフト、44…転舵モータ、45…バックアップモータ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Steering device for vehicles, 2 ... Steering mechanism, 3R, 3L ... Steering wheel, 4 ... Steering mechanism, 5 ... Connection circuit, 6A, 6B ... Connection cable, 10 ... Controller, 11 ... Steering torque sensor, 12 ... Steering Angle sensor, 13 ... Steering angle sensor, 14 ... Vehicle speed sensor, 21 ... Steering wheel, 22 ... Steering shaft, 23 ... Reaction force motor, 24 ... Backup motor, 41 ... Rack shaft, 42 ... Pinion gear, 43 ... Pinion shaft, 44 ... steering motor, 45 ... backup motor

Claims (6)

ステアリングホイール及び該ステアリングホイールに操舵反力を付与する操舵反力アクチュエータを有する操舵機構と、転舵輪及び該転舵輪を転舵させる転舵アクチュエータを有し、前記操舵機構とは機械的に切り離された転舵機構と、前記操舵反力アクチュエータ及び前記転舵アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備える車両用操舵装置であって、
前記ステアリングホイールに連結された操舵軸に回転軸が接続された第1の電動モータと、
車輪を転舵する転舵軸に回転軸が接続され、前記第1の電動モータと電気的に接続可能な第2の電動モータと、
前記制御手段の作動異常時に、前記第1の電動モータと前記第2の電動モータとを電気的に接続する接続手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
A steering mechanism having a steering wheel and a steering reaction force actuator for applying a steering reaction force to the steering wheel; a steered wheel and a steering actuator for turning the steered wheel; and mechanically separated from the steering mechanism. A vehicle steering apparatus comprising: a steering mechanism; and a control means for driving and controlling the steering reaction force actuator and the steering actuator,
A first electric motor having a rotating shaft connected to a steering shaft coupled to the steering wheel;
A second electric motor having a rotating shaft connected to a steered shaft that steers a wheel and electrically connectable to the first electric motor;
A vehicle steering apparatus comprising: connection means for electrically connecting the first electric motor and the second electric motor when the control means malfunctions.
前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれブラシ付きDCモータであることを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵装置。   2. The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein each of the first electric motor and the second electric motor is a DC motor with a brush. 前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれブラシレスDCモータであることを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵装置。   The vehicle steering apparatus according to claim 1, wherein each of the first electric motor and the second electric motor is a brushless DC motor. 前記第1の電動モータは、前記操舵反力アクチュエータを構成する操舵反力用モータであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の車両用操舵装置。   The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first electric motor is a steering reaction force motor constituting the steering reaction force actuator. 前記第2の電動モータは、前記転舵アクチュエータを構成する転舵用モータであることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の車両用操舵装置。   The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the second electric motor is a steering motor that constitutes the steering actuator. 前記第1の電動モータ及び前記第2の電動モータは、それぞれ高誘起電圧特性を有する電動モータであることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の車両用操舵装置。   The vehicle steering apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein each of the first electric motor and the second electric motor is an electric motor having a high induced voltage characteristic.
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