DE112020005378T5

DE112020005378T5 - Fahrzeuglenkanlage

Info

Publication number: DE112020005378T5
Application number: DE112020005378.4T
Authority: DE
Inventors: Sakiya WATANABE; Kenji Mori
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-08-18
Also published as: JPWO2021085070A1; US11975771B2; WO2021085070A1; CN114616165B; CN114616165A; US20220332362A1

Abstract

Eine Fahrzeuglenkvorrichtung umfasst eine Reaktionskraftvorrichtung 60, eine Antriebsvorrichtung 70, eine erste ECU 51, die so konfiguriert ist, dass sie die Reaktionskraftvorrichtung 60 steuert, eine zweite ECU 52, die so konfiguriert ist, dass sie die Antriebsvorrichtung 70 steuert, einen ersten Ruderwinkelsensor 41 und einen zweiten Ruderwinkelsensor 42, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie einen Lenkwinkel eines Rades 1 erfassen und den erfassten Lenkwinkel an die zweite ECU 52 ausgeben, und eine Kommunikationsleitung Lc, die mindestens einen der Lenkwinkel θha und θhb des Rades als erfasste Werte des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 von der zweiten ECU 52 an die erste ECU 51 überträgt. Die zweite ECU 52 stellt einen der erfassten Werte des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 als einen Lenkwinkel θh des Rades 1 ein, steuert die Antriebsvorrichtung 70 und gibt den Lenkwinkel θh des Rades 1 über die Kommunikationsleitung Lc an die erste ECU 51 aus, und die erste ECU 51 steuert die Reaktionskraftvorrichtung 60 basierend auf dem Lenkwinkel θh des Rades 1, wobei der Lenkwinkel von der zweiten ECU 52 über die Kommunikationsleitung Lc eingegeben wird.

Description

Feld
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeuglenkvorrichtung.
Hintergrund
Eine Steer-by-Wire (SBW)-Fahrzeuglenkvorrichtung, bei der ein Kraftrückkopplungsaktuator (FFA; Lenkmechanismus), durch den ein Fahrer lenkt, und ein Straßenradaktuator (RWA; Drehmechanismus), der zum Lenken eines Fahrzeugs konfiguriert ist, mechanisch voneinander getrennt sind, ist als Fahrzeuglenkvorrichtung verfügbar. Eine solche SBW-Fahrzeuglenkvorrichtung weist typischerweise eine Konfiguration auf, bei der der Lenkmechanismus und der Drehmechanismus über eine Steuereinheit (Electronic Control Unit: ECU) elektrisch miteinander verbunden sind und die Steuerung zwischen dem Lenkmechanismus und dem Drehmechanismus durch elektrische Signale erfolgt. Andererseits ist auch eine Konfiguration denkbar, bei der der Lenkmechanismus und der Drehmechanismus in der SBW-Fahrzeuglenkvorrichtung jeweils von unterschiedlichen ECUs gesteuert werden (z. B. Patentliteratur 1).
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-218992
Zusammenfassung
Technisches Problem
Ein Fahrzeugsystem muss eine hohe Redundanz aufweisen, um bei Anomalien von Komponenten ausfallsichere Funktionen wie Weiterfahren oder sicheres Anhalten zu erreichen. Insbesondere wird ein Fahrzeug potenziell in einen lenkungsunmöglichen Zustand gebracht, wenn beispielsweise ein Kommunikationssystem zwischen ECUs in einer SBW-Fahrzeuglenkvorrichtung ausfällt, in der ein Lenkmechanismus und ein Drehmechanismus mechanisch voneinander getrennt sind und unterschiedliche ECUs für den Lenkmechanismus bzw. den Drehmechanismus vorgesehen sind. Andererseits kann eine übermäßige Bereitstellung von Redundanz, wie z. B. die Duplizierung von Hauptkomponenten wie verschiedenen Sensoren, Steuerungssystemen und Kommunikationssystemen, die Herstellungskosten erhöhen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das oben beschriebene Problem gemacht und soll eine Fahrzeuglenkvorrichtung bereitstellen, die ausfallsichere Funktionen eines Fahrzeugsystems mit einer einfachen Konfiguration erreichen kann.
Lösung des Problems
Um das obige Ziel zu erreichen, umfasst eine Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung: eine Reaktionskraftvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Lenkreaktionskraft auf ein Rad ausübt; eine Antriebsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie Reifen in Übereinstimmung mit der Lenkung des Rades dreht; eine erste Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Reaktionskraftvorrichtung steuert; eine zweite Steuereinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die Antriebsvorrichtung steuert; eine Vielzahl von Ruderwinkelsensoren, die so konfiguriert sind, dass sie Lenkwinkel des Rades erfassen und die erfassten Lenkwinkel an die zweite Steuereinheit ausgeben; und ein Kommunikationssystem, das so konfiguriert ist, dass es mindestens einen der Lenkwinkel des Rades als erfasste Werte der Ruderwinkelsensoren von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit überträgt, wobei die zweite Steuereinheit einen beliebigen der erfassten Werte der Ruderwinkelsensoren als einen Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades über das Kommunikationssystem an die erste Steuereinheit ausgibt, und die erste Steuereinheit die Reaktionskraftvorrichtung auf der Grundlage des Lenkwinkels des Rades steuert, wobei der Lenkwinkel von der zweiten Steuereinheit über das Kommunikationssystem eingegeben wird.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, eine Redundanz für den Lenkwinkel des Rades mit einer Vielzahl von Ruderwinkelsensoren bereitzustellen. Da die erfassten Werte der Ruderwinkelsensoren in ein zweites Steuergerät eingegeben werden, das die Antriebsvorrichtung steuert, ist es außerdem möglich, die Fahrt mit der Antriebsvorrichtung fortzusetzen, selbst wenn das Kommunikationssystem mit einem ersten Steuergerät, das die Reaktionskrafteinrichtung steuert, ausgefallen ist, und somit ist es möglich, ausfallsichere Funktionen eines Fahrzeugsystems mit einer einfachen Konfiguration zu erreichen.
In einer wünschenswerten Ausführungsform der Fahrzeuglenkvorrichtung ist es bevorzugt, dass die Ruderwinkelsensoren einen ersten Ruderwinkelsensor und einen zweiten Ruderwinkelsensor umfassen, wobei, wenn ein erfasster Wert des ersten Ruderwinkelsensors empfangen wird, die zweite Steuereinheit den erfassten Wert als den Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert, wenn ein erfasster Wert des ersten Ruderwinkelsensors empfangen wird, die zweite Steuereinheit den erfassten Wert als den Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades an die erste Steuereinheit über das Kommunikationssystem ausgibt, und wenn der erfasste Wert des ersten Ruderwinkelsensors nicht empfangen werden kann, die zweite Steuereinheit einen erfassten Wert des zweiten Ruderwinkelsensors als den Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades an die erste Steuereinheit über das Kommunikationssystem ausgibt.
Dementsprechend ist es möglich, ein Fahrzeug auf der Grundlage des Lenkwinkels des Rades zu steuern, wobei der Lenkwinkel von einem der beiden Sensoren, dem ersten Ruderwinkelsensor und dem zweiten Ruderwinkelsensor, erfasst wird.
In einer wünschenswerten Ausführungsform der Fahrzeuglenkvorrichtung ist es vorteilhaft, dass das erste Steuergerät eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durchführt, wenn der Lenkwinkel des Rades nicht empfangen werden kann oder das Kommunikationssystem ausgefallen ist.
Bei der Anomalieverarbeitung im ersten Steuergerät wird beispielsweise eine Lenkkraftregelungsfunktion der Reaktionskraftvorrichtung gestoppt, und ein Fahrer wird über den Stopp der Lenkkraftregelungsfunktion informiert. Damit ist es möglich, ausfallsichere Funktionen des Fahrzeugsystems zu erreichen.
In einer wünschenswerten Ausführungsform der Fahrzeuglenkvorrichtung ist es vorteilhaft, dass das zweite Steuergerät eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durchführt, wenn nicht alle erfassten Werte der Ruderwinkelsensoren empfangen werden können.
Bei der Anomalieverarbeitung im zweiten Steuergerät wird z.B. eine sichere Stoppverarbeitung gemäß einer automatisierten Fahrstufe durchgeführt und der Fahrer über den Ausfall einer Lenkwinkelerfassungsfunktion informiert. So lassen sich sicherere Fail-Safe-Funktionen des Fahrzeugsystems erreichen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Fahrzeuglenkeinrichtung bereitzustellen, die mit einem einfachen Aufbau ausfallsichere Funktionen eines Fahrzeugsystems realisieren kann.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Hardwarekonfiguration einer Steuereinheit zur Steuerung eines SBW-Systems zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte interne Blockkonfiguration der Steuereinheit zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Verdrehwinkel-Steuereinheit zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Einheit zur Erzeugung eines Zieldrehwinkels zeigt.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Drehwinkelsteuereinheit zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Betrieb der Drehwinkelkontrolleinheit zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte schematische Systemkonfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte schematische Systemkonfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
10 ist ein Diagramm, das beispielhafte interne Funktionsblöcke einer ersten ECU und einer zweiten ECU zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung in der zweiten ECU zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung in der ersten ECU zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der Erfindung (im Folgenden als Ausführungsformen bezeichnet) werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Beachten Sie, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist. Darüber hinaus umfassen die Komponenten in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen ihre Äquivalente, wie diejenigen, die dem Fachmann ohne weiteres einfallen und die in ihrer Wirkung identisch sind. Darüber hinaus können die in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen offengelegten Komponenten in geeigneter Weise kombiniert werden.
1 ist ein Diagramm, das die gesamte Konfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung zeigt. Die in 1 dargestellte Steer-by-Wire (SBW)-Fahrzeuglenkvorrichtung (im Folgenden auch als „SBW-System“ bezeichnet) ist ein System, das eine Reaktionskraftvorrichtung 60 und eine Antriebsvorrichtung 70 umfasst und so konfiguriert ist, dass es durch ein elektrisches Signal eine Betätigung eines Rades 1 auf einen Drehmechanismus mit Lenkrädern 8L und 8R überträgt. Im Folgenden wird exemplarisch eine Konfiguration vorgestellt, in der eine Steuereinheit (ECU) 50 als Steuereinheit sowohl die Reaktionskraftvorrichtung 60 als auch die Antriebsvorrichtung 70 steuert, um einen spezifischen Betrieb des SBW-Systems zu beschreiben.
Die Reaktionskraftvorrichtung 60 umfasst einen Verzögerungsmechanismus 3 und einen Reaktionskraftmotor 61. Diese Komponenten sind an einer Säulenwelle 2 des Rades 1 angebracht.
Darüber hinaus sind beispielsweise ein Drehmomentsensor 10, der so konfiguriert ist, dass er das Lenkdrehmoment Ts des Rades 1 erfasst, und ein Ruderwinkelsensor 14, der so konfiguriert ist, dass er einen Lenkwinkel θh desselben erfasst, an der Säulenwelle 2 des Rades 1 vorgesehen.
Die Reaktionskraftvorrichtung 60 überträgt den von den Lenkrädern 8L und 8R übermittelten Bewegungszustand eines Fahrzeugs als Reaktionskraftmoment auf den Fahrer. Das Reaktionskraftmoment wird durch den Reaktionskraftmotor 61 erzeugt.
Obwohl ein SBW-System eines bestimmten Typs keinen Torsionsstab enthält, ist das in 1 dargestellte SBW-System ein Typ, der einen Torsionsstab enthält und das Lenkmoment Ts durch den Drehmomentsensor 10 erfasst. Darüber hinaus erfasst ein Winkelsensor 74 einen Motorwinkel θm des Reaktionskraftmotors 61.
Die Antriebsvorrichtung 70 umfasst einen Antriebsmotor 71 und ein Getriebe 72. Die vom Antriebsmotor 71 erzeugte Antriebsleistung ist über das Getriebe 72, einen Zahnstangenmechanismus 5 und Spurstangen 6a und 6b sowie über Nabeneinheiten 7a und 7b mit den Lenkrädern 8L und 8R verbunden.
Die Antriebsvorrichtung 70 treibt den Antriebsmotor 71 in Übereinstimmung mit der Lenkung des Rades 1 durch den Fahrer an, überträgt dessen Antriebskraft über das Getriebe 72 auf den Zahnstangenmechanismus 5 und dreht die Lenkräder 8L und 8R über die Spurstangen 6a und 6b. Um die Reaktionskraftvorrichtung 60 und die Antriebsvorrichtung 70 gemeinsam zu steuern, erzeugt die ECU 50 auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit Vs von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 und anderen Informationen zusätzlich zu Informationen wie dem Lenkwinkel θh und dem Drehwinkel θt, die von beiden Vorrichtungen ausgegeben werden, einen Spannungssteuerungsbefehlswert Vref1 zum Antreiben und Steuern des Reaktionskraftmotors 61 und einen Spannungssteuerungsbefehlswert Vref2 zum Antreiben und Steuern des Antriebsmotors 71.
Darüber hinaus ist ein Winkelsensor 73, der so konfiguriert ist, dass er den Drehwinkel θt der Lenkräder 8L und 8R erfasst, in der Nähe des Zahnstangenmechanismus 5 angeordnet.
Die Steuereinheit (ECU) 50 wird von einer Batterie 13 mit elektrischer Energie versorgt, und ein Zündschlüsselsignal wird über einen Zündschlüssel 11 in die Steuereinheit 50 eingegeben. Die Steuereinheit 50 führt eine Berechnung eines Stromsollwerts auf der Grundlage des vom Drehmomentsensor 10 erfassten Lenkmoments Ts und der vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12 erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit Vs durch und steuert den dem Reaktionskraftmotor 61 und dem Antriebsmotor 71 zugeführten Strom.
Die Steuereinheit 50 ist mit einem Bordnetz wie einem Controller Area Network (CAN) 40 verbunden, über das verschiedene Arten von Informationen des Fahrzeugs gesendet und empfangen werden. Darüber hinaus ist eine Steuereinheit 30 mit einem Nicht-CAN 40a verbunden, das so konfiguriert ist, dass es andere Kommunikation als das CAN 40, analoge und digitale Signale, Funkwellen und dergleichen sendet und empfängt.
Die Steuereinheit 50 ist hauptsächlich als CPU konfiguriert (einschließlich einer MCU und einer MPU). 2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Hardware-Konfiguration der Steuereinheit zeigt, die zur Steuerung des SBW-Systems konfiguriert ist.
Ein Steuercomputer 1100, der als Steuereinheit 50 konfiguriert ist, umfasst eine Zentraleinheit (CPU) 1001, einen Festwertspeicher (ROM) 1002, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 1003, ein elektrisch löschbares programmierbares ROM (EEPROM) 1004, eine Schnittstelle (I/F) 1005, einen Analog/Digital-Wandler (A/D) 1006 und einen Pulsweitenmodulations- (PWM) Controller 1007, und diese Komponenten sind mit einem Bus verbunden.
Die CPU 1001 ist eine Verarbeitungsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie ein Computerprogramm zur Steuerung (im Folgenden als Steuerprogramm bezeichnet) des SBW-Systems ausführt und das SBW-System steuert.
Im ROM 1002 ist ein Steuerprogramm zur Steuerung des SBW-Systems gespeichert. Darüber hinaus dient der RAM 1003 als Arbeitsspeicher für den Betrieb des Steuerprogramms. Das EEPROM 1004 speichert z.B. Steuerdaten, die in das Steuerprogramm eingegeben und von diesem ausgegeben werden. Die Steuerdaten werden für das Steuerprogramm verwendet, das nach dem Einschalten der Steuereinheit 30 in den RAM 1003 geladen wird, und werden zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in das EEPROM 1004 überschrieben.
Das ROM 1002, das RAM 1003, das EEPROM 1004 und dergleichen sind Speichervorrichtungen, die zum Speichern von Informationen konfiguriert sind und bei denen es sich um Speichervorrichtungen (primäre Speichervorrichtungen) handelt, auf die die CPU 1001 direkt zugreifen kann.
Der A/D-Wandler 1006 empfängt z. B. Signale des Lenkmoments Ts und des Lenkwinkels θh und wandelt die Signale in digitale Signale um.
Die Schnittstelle 1005 ist mit dem CAN 40 verbunden. Die Schnittstelle 1005 empfängt ein Signal (Fahrzeuggeschwindigkeitspuls) einer Fahrzeuggeschwindigkeit V vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 12.
Der PWM-Controller 1007 gibt ein PWM-Steuersignal jeder UVW-Phase auf der Grundlage von Stromsollwerten an den Reaktionskraftmotor 61 und den Antriebsmotor 71 aus.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte interne Blockkonfiguration der Steuereinheit zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Steuerung (im Folgenden als „Verdrehwinkelsteuerung“ bezeichnet) eines Verdrehwinkels Δθ und die Steuerung (im Folgenden als „Drehwinkelsteuerung“ bezeichnet) des Drehwinkels θt durchgeführt, die Reaktionskraftvorrichtung wird durch die Verdrehwinkelsteuerung gesteuert, und die Antriebsvorrichtung wird durch die Drehwinkelsteuerung gesteuert. Es ist zu beachten, dass die Antriebsvorrichtung durch ein anderes Steuerungsverfahren gesteuert werden kann.
Die Steuereinheit 50 umfasst als interne Blockkonfiguration eine Einheit zur Erzeugung eines Ziel-Lenkmoments 200, eine Einheit zur Steuerung des Verdrehwinkels 300, eine Umwandlungseinheit 500, eine Einheit zur Erzeugung eines Ziel-Drehwinkels 910 und eine Einheit zur Steuerung des Drehwinkels 920.
Die Soll-Lenkmoment-Erzeugungseinheit 200 erzeugt ein Soll-Lenkmoment Tref als Sollwert des Lenkmoments, wenn ein Lenksystem des Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung unterstützt und gesteuert wird. Die Umwandlungseinheit 500 wandelt das Soll-Lenkmoment Tref in einen Soll-Verdrehwinkel Δθref um. Die Verwindungswinkel-Steuereinheit 300 erzeugt einen Motorstrom-Sollwert Imc als Steuer-Sollwert für den Strom, der dem Reaktionskraftmotor 61 zugeführt wird.
Bei der Verdrehwinkelsteuerung wird eine solche Steuerung durchgeführt, dass der Verdrehwinkel Δθ dem Ziel-Verdrehwinkel Δθref folgt, der durch die Ziel-Lenkmoment-Erzeugungseinheit 200 und die Umwandlungseinheit 500 unter Verwendung des Lenkwinkels θh und dergleichen berechnet wird. Der Motorwinkel θm des Reaktionskraftmotors 61 wird von dem Winkelsensor 74 erfasst, und eine Motorwinkelgeschwindigkeit ωm wird durch Differenzieren des Motorwinkels θm in einer Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 951 berechnet. Der Drehwinkel θt des Antriebsmotors 71 wird durch den Winkelsensor 73 erfasst. Darüber hinaus führt eine Stromsteuerungseinheit 130 eine Stromsteuerung durch Ansteuerung des Reaktionskraftmotors 61 auf der Grundlage des von der Drehwinkelsteuerungseinheit 300 ausgegebenen Motorstromsollwerts Imc und eines von einem Motorstromdetektor 140 erfassten Stromwerts Imr des Reaktionskraftmotors 61 durch.
Die Verdrehwinkelkontrolleinheit 300 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Verdrehwinkel-Steuereinheit zeigt. Die Verdrehwinkel-Steuereinheit 300 berechnet den Motorstrom-Sollwert Imc auf der Grundlage des Zielverdrehwinkels Δθref, des Verdrehwinkels Δθ und der Motorwinkelgeschwindigkeit com. Die Verdrehwinkelsteuereinheit 300 umfasst eine Verdrehwinkelrückkopplungskompensationseinheit (FB) 310, eine Verdrehwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 320, eine Geschwindigkeitssteuereinheit 330, eine Stabilisierungskompensationseinheit 340, eine Ausgangsbeschränkungseinheit 350, eine Subtraktionseinheit 361 und eine Additionseinheit 362.
Der von der Umwandlungseinheit 500 ausgegebene Soll-Verdrehwinkel Δθref wird durch Addition in die Subtraktionseinheit 361 eingegeben. Der Verdrehungswinkel Δθ wird durch Subtraktion in die Subtraktionseinheit 361 eingegeben und auch in die Einheit zur Berechnung der Verdrehungswinkelgeschwindigkeit 320 eingegeben. Die Motorwinkelgeschwindigkeit com wird in die Stabilisierungskompensationseinheit 340 eingegeben.
Die Verdrehwinkel-FB-Kompensationseinheit 310 multipliziert eine in der Subtraktionseinheit 361 berechnete Abweichung Δθ0 zwischen dem Soll-Verdrehwinkel Δθref und dem Verdrehwinkel Δθ mit einem Kompensationswert CFB (Übertragungsfunktion) und gibt eine Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit coref aus, mit der der Verdrehwinkel Δθ dem Soll-Verdrehwinkel Δθref folgt. Der Kompensationswert CFB kann eine einfache Verstärkung Kpp oder ein typischer Kompensationswert wie ein PI-Regelungskompensationswert sein.
Die Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit coref wird in die Geschwindigkeitssteuereinheit 330 eingegeben. Mit der Verdrehwinkel-FB-Kompensationseinheit 310 und der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 330 ist es möglich, den Verdrehwinkel Δθ dem Soll-Verdrehwinkel Δθref folgen zu lassen, wodurch das gewünschte Lenkmoment erreicht wird.
Die Berechnungseinheit für die Verdrehwinkelgeschwindigkeit 320 berechnet eine Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt, indem sie den Verdrehwinkel Δθ differenzialarithmetisch verarbeitet. Die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt wird an die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 330 ausgegeben. Die Berechnungseinheit 320 für die Verdrehungswinkelgeschwindigkeit kann als Differenzialberechnung eine Pseudodifferenzierung mit einem HPF und einer Verstärkung durchführen. Darüber hinaus kann die Verdrehwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 320 die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt auf andere Weise oder nicht aus dem Verdrehwinkel Δθ berechnen und die berechnete Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt an die Geschwindigkeitssteuereinheit 330 ausgeben.
Die Drehzahlregeleinheit 330 errechnet durch I-P-Regelung (Proportionalverarbeitungs-PI-Regelung) einen Motorstromsollwert Imca1, mit dem die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt der Sollverdrehwinkelgeschwindigkeit coref folgt.
Eine Subtraktionseinheit 333 berechnet eine Differenz (ωref - ωt) zwischen der Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit coref und der Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt. Eine Integrationseinheit 331 integriert die Differenz (ωref - ωt) zwischen der Soll-Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωref und der Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt und gibt das Ergebnis der Integration durch Addition in eine Subtraktionseinheit 334 ein.
Die Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt wird auch an eine Proportionaleinheit 332 ausgegeben. Die Proportionaleinheit 332 führt eine Proportionalverarbeitung mit einer Verstärkung Kvp an der Verdrehwinkelgeschwindigkeit ωt durch und gibt ein Ergebnis der Proportionalverarbeitung durch Subtraktion an die Subtraktionseinheit 334 weiter. Ein Ergebnis der Subtraktion an der Subtraktionseinheit 334 wird als Motorstromsollwert Imca1 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass die Drehzahlregeleinheit 330 den Motorstromsollwert Imca1 nicht durch I-P-Regelung, sondern durch ein typisches Regelverfahren wie PI-Regelung, P (Proportional)-Regelung, PID (Proportional-Integral-Differential)-Regelung, PI-D-Regelung (PID-Regelung mit Differenzialverarbeitung), Modellanpassungsregelung oder Modellreferenzregelung berechnen kann.
Die Stabilisierungskompensationseinheit 340 hat einen Kompensationswert Cs (Übertragungsfunktion) und berechnet einen Motorstromsollwert Imca2 aus der Motorwinkelgeschwindigkeit com. Wenn die Verstärkungen der Drehwinkel-FB-Kompensationseinheit 310 und der Drehzahlregelungseinheit 330 erhöht werden, um die Folgefähigkeit und die Störeigenschaften zu verbessern, tritt in einem höheren Bereich ein geregeltes Schwingungsphänomen auf. Um dies zu vermeiden, wird die Übertragungsfunktion (Cs), die zur Stabilisierung der Motorwinkelgeschwindigkeit com erforderlich ist, auf die Stabilisierungskompensationseinheit 340 eingestellt. Dadurch kann eine Stabilisierung des gesamten EPS-Regelsystems erreicht werden.
Die Additionseinheit 362 addiert den Motorstromsollwert Imca1 von der Drehzahlregeleinheit 330 und den Motorstromsollwert Imca2 von der Stabilisierungskompensationseinheit 340 und gibt ein Ergebnis der Addition als Motorstromsollwert Imcb aus.
Die oberen und unteren Grenzwerte des Motorstromsollwerts Imcb werden im Voraus an die Ausgangsbeschränkungseinheit 350 gesendet. Die Ausgangsbeschränkungseinheit 350 gibt den Motorstromsollwert Imc mit Beschränkung auf den oberen und unteren Grenzwert des Motorstromsollwerts Imcb aus.
Beachten Sie, dass die Konfiguration der Drehwinkelsteuereinheit 300 in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft ist und sich von der in 4 dargestellten Konfiguration unterscheiden kann. Zum Beispiel muss die Verdrehwinkelsteuereinheit 300 nicht unbedingt die Stabilisierungskompensationseinheit 340 enthalten.
Bei der Drehwinkelsteuerung wird ein Solldrehwinkel θtref in einer Solldrehwinkel-Erzeugungseinheit 910 auf der Grundlage des Lenkwinkels θh erzeugt. Der Zieldrehwinkel θtref wird zusammen mit dem Drehwinkel θt in eine Drehwinkelsteuereinheit 920 eingegeben, und ein Motorstromsollwert Imct, bei dem der Drehwinkel θt gleich dem Zieldrehwinkel θtref ist, wird in der Drehwinkelsteuereinheit 920 berechnet. Dann führt eine Stromsteuereinheit 930 mit Konfigurationen und Vorgängen, die denen der Stromsteuereinheit 130 entsprechen, eine Stromsteuerung durch Ansteuerung des Antriebsmotors 71 auf der Grundlage des Motorstromsollwerts Imct und eines Stromwerts Imd des Antriebsmotors 71, der von einem Motorstromdetektor 940 erfasst wird, durch.
Die Einheit zur Erzeugung des Solldrehwinkels 910 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
5 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Einheit zur Erzeugung des Zieldrehwinkels zeigt. Die Ziel-Drehwinkel-Erzeugungseinheit 910 umfasst eine Begrenzungseinheit 931, eine Ratenbegrenzungseinheit 932 und eine Korrektureinheit 933.
Die Beschränkungseinheit 931 gibt einen Lenkwinkel θh1 mit Beschränkung auf den oberen und unteren Grenzwert des Lenkwinkels θh aus. Ähnlich wie bei der Ausgabebeschränkungseinheit 350 in der in 4 dargestellten Drehwinkelsteuereinheit 300 werden die oberen und unteren Grenzwerte des Lenkwinkels θh im Voraus festgelegt und beschränkt.
Um eine abrupte Änderung des Lenkwinkels zu vermeiden, sorgt die Ratenbegrenzungseinheit 932 für eine Begrenzung, indem sie einen Begrenzungswert für den Änderungsbetrag des Lenkwinkels θh1 festlegt und den Lenkwinkel θh2 ausgibt. Der Änderungsbetrag wird beispielsweise auf die Differenz zum Lenkwinkel θh1 bei der vorherigen Abtastung eingestellt. Wenn der Absolutwert des Änderungsbetrags größer als ein vorbestimmter Wert (Restriktionswert) ist, wird der Lenkwinkel θh1 vergrößert oder verkleinert, so dass der Absolutwert des Änderungsbetrags gleich dem Restriktionswert wird, und der vergrößerte oder verkleinerte Lenkwinkel θh1 wird als Lenkwinkel θh2 ausgegeben. Wenn der Absolutwert des Änderungsbetrags gleich oder kleiner als der Restriktionswert ist, wird der Lenkwinkel θh1 direkt als der Lenkwinkel θh2 ausgegeben. Es ist zu beachten, dass eine Beschränkung durch die Einstellung der oberen und unteren Grenzwerte des Änderungsbetrags anstelle der Einstellung des Beschränkungswerts für den absoluten Wert des Änderungsbetrags erfolgen kann, oder dass die Beschränkung auf eine Änderungsrate oder eine Differenzrate anstelle des Änderungsbetrags erfolgen kann.
Die Korrektureinheit 933 korrigiert den Lenkwinkel θh2 und gibt den Solldrehwinkel θtref aus.
Die Drehwinkelkontrolleinheit 920 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Drehwinkelsteuereinheit zeigt. Die Drehwinkel-Steuereinheit 920 berechnet den Motorstrom-Sollwert Imct auf der Grundlage des Zieldrehwinkels θtref und des Drehwinkels θt der Lenkräder 8L und 8R. Die Drehwinkelsteuereinheit 920 umfasst eine Drehwinkelrückkopplungskompensationseinheit (FB) 921, eine Drehwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 922, eine Geschwindigkeitssteuereinheit 923, eine Ausgangsbeschränkungseinheit 926 und eine Subtraktionseinheit 927.
Der Soll-Drehwinkel θtref, der von der Soll-Drehwinkel-Erzeugungseinheit 910 ausgegeben wird, wird durch Addition in die Subtraktionseinheit 927 eingegeben. Der Drehwinkel θt wird in die Subtraktionseinheit 927 durch Subtraktion eingegeben und auch in die Einheit zur Berechnung der Drehwinkelgeschwindigkeit 922 eingegeben.
Die Drehwinkel-FB-Kompensationseinheit 921 multipliziert eine in der Subtraktionseinheit 927 berechnete Abweichung Δθt0 zwischen einer Solldrehwinkelgeschwindigkeit ωtref und dem Drehwinkel θt mit dem Kompensationswert CFB (Übertragungsfunktion) und gibt die Solldrehwinkelgeschwindigkeit cotref aus, mit der der Drehwinkel θt dem Solldrehwinkel θtref folgt. Der Kompensationswert CFB kann eine einfache Verstärkung Kpp oder ein typischer Kompensationswert wie ein PI-Regelungskompensationswert sein.
Die Soll-Drehwinkelgeschwindigkeit cotref wird in die Drehzahlregeleinheit 923 eingegeben. Mit der Drehwinkel-FB-Kompensationseinheit 921 und der Geschwindigkeitssteuerungseinheit 923 ist es möglich, den Soll-Drehwinkel θtref dem Drehwinkel θt folgen zu lassen, wodurch das gewünschte Drehmoment erreicht wird.
Die Drehwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 922 berechnet eine Drehwinkelgeschwindigkeit cott, indem sie eine Differenzialarithmetik für den Drehwinkel θt durchführt. Die Drehwinkelgeschwindigkeit cott wird an die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 923 ausgegeben. Die Geschwindigkeitsregeleinheit 923 kann als Differenzialberechnung eine Pseudodifferenzierung mit einem HPF und einer Verstärkung durchführen. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeitssteuereinheit 923 die Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt auf andere Weise oder nicht aus dem Drehwinkel θt berechnen und die berechnete Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt an die Geschwindigkeitssteuereinheit 923 ausgeben.
Die Drehzahlregeleinheit 923 berechnet durch I-P-Regelung (Proportionalregelung PI-Regelung) einen Motorstromsollwert Imcta, mit dem die Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt der Solldrehwinkelgeschwindigkeit cotref folgt. Es ist zu beachten, dass die Drehzahlregeleinheit 923 den Motorstromsollwert Imcta nicht durch I-P-Regelung, sondern durch ein typisches Regelverfahren wie PI-Regelung, P-Regelung (Proportionalregelung), PID-Regelung (Proportional-Integral-Differentialregelung), PI-D-Regelung (PID-Differentialregelung), Modellanpassungsregelung oder Modellreferenzregelung berechnen kann.
Eine Subtraktionseinheit 928 berechnet eine Differenz (ωtref - ωtt) zwischen der Ziel-Drehwinkelgeschwindigkeit cotref und der Drehwinkelgeschwindigkeit cott. Eine Integrationseinheit 924 integriert die Differenz (ωtref - ωtt) zwischen der Zieldrehwinkelgeschwindigkeit cotref und der Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt und gibt das Ergebnis der Integration durch Addition in eine Subtraktionseinheit 929 ein.
Die Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt wird auch an eine Proportionaleinheit 925 ausgegeben. Die Proportionaleinheit 925 führt eine Proportionalverarbeitung der Drehwinkelgeschwindigkeit ωtt durch und gibt ein Ergebnis der Proportionalverarbeitung als Motorstromsollwert Imcta an die Ausgangsbegrenzungseinheit 926 aus.
Die oberen und unteren Grenzwerte des Motorstromsollwerts Imcta werden im Voraus an die Ausgabebeschränkungseinheit 926 gesendet. Die Ausgangsbeschränkungseinheit 926 gibt den Motorstromsollwert Imct mit Beschränkung auf den oberen und unteren Grenzwert des Motorstromsollwerts Imcta aus.
Beachten Sie, dass die Konfiguration der Drehwinkelsteuereinheit 920 in der vorliegenden Ausführungsform beispielhaft ist und von der in 6 dargestellten Konfiguration abweichen kann.
Ein beispielhafter Betrieb der Drehwinkelsteuereinheit in einer solchen Konfiguration wird im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 7 beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm, das den beispielhaften Betrieb der Drehwinkelsteuerungseinheit veranschaulicht.
Sobald der Betrieb gestartet ist, erfasst der Winkelsensor 73 den Drehwinkel θt und der Winkelsensor 74 den Motorwinkel θm (Schritt S110), und der Drehwinkel θt und der Motorwinkel θm werden in die Drehwinkelsteuereinheit 920 bzw. die Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 951 eingegeben.
Die Winkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 951 berechnet die Motorwinkelgeschwindigkeit com durch Differenzieren des Motorwinkels θm und gibt die berechnete Motorwinkelgeschwindigkeit com an die Verdrehwinkelsteuereinheit 300 aus (Schritt S120).
Danach führt eine Ziel-Lenkdrehmoment-Erzeugungseinheit 202 einen Vorgang aus, der mit den in 7 dargestellten Schritten S10 bis S40 übereinstimmt, um eine Stromregelung durch den Antrieb des Reaktionskraftmotors 61 durchzuführen (Schritte S130 bis S160).
In der Zwischenzeit empfängt bei der Lenkwinkelsteuerung die Ziel-Lenkwinkel-Erzeugungseinheit 910 den Lenkwinkel θh, und der Lenkwinkel θh wird in die Beschränkungseinheit 931 eingegeben. Die Beschränkungseinheit 931 beschränkt die oberen und unteren Grenzwerte des Lenkwinkels θh auf im Voraus festgelegte obere und untere Grenzwerte (Schritt S170) und gibt den Lenkwinkel θh als den Lenkwinkel θh1 an die Ratenbeschränkungseinheit 932 aus. Die Ratenbeschränkungseinheit 932 beschränkt den Änderungsbetrag des Lenkwinkels θh1 auf der Grundlage eines im Voraus festgelegten Beschränkungswertes (Schritt S180) und gibt den Lenkwinkel θh1 als den Lenkwinkel θh2 an die Korrektureinheit 933 aus. Die Korrektureinheit 933 erhält den Soll-Lenkwinkel θtref durch Korrigieren des Lenkwinkels θh2 (Schritt S190) und gibt den Soll-Lenkwinkel θtref an die Lenkwinkelsteuereinheit 920 aus.
Nach Erhalt des Drehwinkels θt und des Zieldrehwinkels θtref berechnet die Drehwinkelsteuereinheit 920 die Abweichung Δθt0 durch Subtraktion des Drehwinkels θt vom Zieldrehwinkel θtref in der Subtraktionseinheit 927 (Schritt S200). Die Abweichung Δθt0 wird in die Drehwinkel-FB-Kompensationseinheit 921 eingegeben, und die Drehwinkel-FB-Kompensationseinheit 921 kompensiert die Abweichung Δθt0 durch Multiplikation der Abweichung Δθt0 mit einem Kompensationswert (Schritt S210) und gibt die Soll-Drehwinkelgeschwindigkeit cotref an die Geschwindigkeitssteuereinheit 923 aus. Die Drehwinkelgeschwindigkeitsberechnungseinheit 922 empfängt den Drehwinkel θt, berechnet die Drehwinkelgeschwindigkeit cott durch Differenzberechnung des Drehwinkels θt (Schritt S220) und gibt die Drehwinkelgeschwindigkeit cott an die Geschwindigkeitssteuerungseinheit 923 aus. Ähnlich wie die Drehzahlsteuereinheit 330 berechnet die Drehzahlsteuereinheit 923 den Motorstromsollwert Imcta durch I-P-Steuerung (Schritt S230) und gibt den Motorstromsollwert Imcta an die Ausgangsbegrenzungseinheit 926 aus. Die Ausgangsbeschränkungseinheit 926 beschränkt die oberen und unteren Grenzwerte des Motorstromsollwerts Imcta auf im Voraus eingestellte obere und untere Grenzwerte (Schritt S240) und gibt den Motorstromsollwert Imcta als den Motorstromsollwert Imct aus (Schritt S250).
Der Motorstromsollwert Imct wird in die Stromsteuereinheit 930 eingegeben, und die Stromsteuereinheit 930 führt eine Stromsteuerung durch Ansteuerung des Antriebsmotors 71 auf der Grundlage des Motorstromsollwerts Imct und des vom Motorstromdetektor 940 erfassten Stromwerts Imd des Antriebsmotors 71 durch (Schritt S260).
Beachten Sie, dass die Reihenfolge der Dateneingabe, der Berechnung und dergleichen in 7 nach Bedarf geändert werden kann. Darüber hinaus kann die nachfolgende Steuerung an der Drehwinkelsteuereinheit 920 in einer typischerweise verwendeten Steuerungsstruktur durchgeführt werden. Die Drehwinkelsteuereinheit 920 ist nicht auf eine Steuerkonfiguration beschränkt, die für eine Fahrzeugvorrichtung verwendet wird, sondern kann eine beliebige Steuerkonfiguration aufweisen, bei der ein tatsächlicher Winkel (in diesem Beispiel der Drehwinkel θt) einem Zielwinkel (in diesem Beispiel der Zieldrehwinkel θtref) folgt, und kann beispielsweise eine Steuerkonfiguration aufweisen, die für eine industrielle Positionierungsvorrichtung, einen Industrieroboter oder dergleichen verwendet wird.
(Ausführungsform)
In der in 1 dargestellten Konfiguration werden die Reaktionskraftvorrichtung 60 und die Antriebsvorrichtung 70 wie oben beschrieben von einer ECU 50 gesteuert. Nachfolgend wird eine Konfiguration beschrieben, bei der eine ECU für die Reaktionskraftvorrichtung 60 und eine ECU für die Antriebsvorrichtung 70 einzeln vorgesehen sind.
8 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte schematische Systemkonfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. In dem SBW-System gemäß der vorliegenden Ausführungsform senden und empfangen eine erste ECU 51 für die Reaktionskraftvorrichtung 60 und eine zweite ECU 52 für die Antriebsvorrichtung 70 Daten über eine Kommunikationsleitung Lc, wie in 8 dargestellt.
Die erste ECU 51 entspricht dem ersten Steuergerät der vorliegenden Offenbarung. Darüber hinaus entspricht die zweite ECU 52 dem zweiten Steuergerät in der vorliegenden Offenbarung. Beachten Sie, dass die Hardware-Konfigurationen des ersten Steuergeräts 51 und des zweiten Steuergeräts 52 mit der in 2 dargestellten Konfiguration übereinstimmen, so dass deren Beschreibung hier entfällt.
Die erste ECU 51 enthält als interne Blockkonfiguration Komponenten, die der in 3 dargestellten Einheit zur Erzeugung des Ziel-Lenkmoments 200, der Verdrehwinkel-Steuereinheit 300 und der Umwandlungseinheit 500 entsprechen. Insbesondere verfügt die erste ECU 51 über eine Steuerfunktion für die Lenkreaktionskraft, um die Reaktionskraftvorrichtung 60 (Reaktionskraftmotor 61) basierend auf dem Lenkwinkel θh des Rades 1 zu steuern. Eine Beschreibung der Funktion zur Steuerung der Lenkreaktionskraft in der Einheit zur Erzeugung des Ziel-Lenkmoments 200, der Einheit zur Steuerung des Verdrehungswinkels 300 und der Umwandlungseinheit 500 wird hier nicht gegeben.
Das zweite Steuergerät 52 enthält als interne Blockkonfiguration Komponenten, die der in 3 dargestellten Einheit zur Erzeugung des Solldrehwinkels 910 und der Einheit zur Steuerung des Drehwinkels 920 entsprechen. Insbesondere hat die zweite ECU 52 eine Drehantriebssteuerungsfunktion, um die Antriebsvorrichtung 70 (Antriebsmotor 71) basierend auf dem Lenkwinkel θh des Rades 1 zu steuern. Eine Beschreibung des Betriebs der Kurvenantriebssteuerungsfunktion in der Zielkurvenwinkel-Erzeugungseinheit 910 und der Kurvenwinkel-Steuerungseinheit 920 wird hier ausgelassen.
In 8 entsprechen ein erster Ruderwinkelsensor 41 und ein zweiter Ruderwinkelsensor 42 dem in 1 dargestellten Ruderwinkelsensor 14. Der erste Ruderwinkelsensor 41 erfasst einen Lenkwinkel θha des Rades 1. Der zweite Ruderwinkelsensor 42 erfasst einen Lenkwinkel θhb des Rades 1. Wenn der erste Ruderwinkelsensor 41 und der zweite Ruderwinkelsensor 42 beide normal sind, sind der Lenkwinkel θha und der Lenkwinkel θhb im Effekt identisch. Dementsprechend hat die Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform Redundanz für die Erfassung des Lenkwinkels des Rades 1 durch Verdoppelung einer Lenkwinkelerfassungsfunktion.
In der vorliegenden Ausführungsform werden der Lenkwinkel θha und der Lenkwinkel θhb als erfasste Werte des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 in die zweite ECU 52 eingegeben, die die Antriebsvorrichtung 70 steuert. Der Lenkwinkel θha wird der zweiten ECU 52 über eine Signalleitung La zugeführt. Der Lenkwinkel θhb wird über eine Signalleitung Lb in die zweite ECU 52 eingegeben.
Die zweite ECU 52 setzt einen von dem Lenkwinkel θha als den detektierten Wert des ersten Ruderwinkelsensors 41 und dem Lenkwinkel θhb als den detektierten Wert des zweiten Ruderwinkelsensors 42 als den Lenkwinkel θh des Rades 1, führt eine Drehantriebssteuerung durch Betätigung der Antriebsvorrichtung 70 durch und gibt den Lenkwinkel θh des Rades 1 an die erste ECU 51 über die Kommunikationsleitung Lc aus.
Die erste ECU 51 führt eine Lenkreaktionskraftsteuerung durch, indem sie die Reaktionskraftvorrichtung 60 auf der Grundlage des Lenkwinkels θh des Rades 1 betätigt, der von der zweiten ECU 52 über die Kommunikationsleitung Lc eingegeben wird.
9 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte schematische Systemkonfiguration einer Steer-by-Wire-Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. In der Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß dem in 9 dargestellten Vergleichsbeispiel werden der Lenkwinkel θha und der Lenkwinkel θhb als erfasste Werte des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 in die erste ECU 51 eingegeben, die die Reaktionskraftvorrichtung 60 steuert, und einer der Lenkwinkel θha und der Lenkwinkel θhb wird von der ersten ECU 51 an die zweite ECU 52 ausgegeben, die die Antriebsvorrichtung 70 über die Kommunikationsleitung Lc steuert. In dieser Konfiguration des in 9 dargestellten Vergleichsbeispiels ist bei einem Ausfall eines Kommunikationssystems, das die Kommunikationsleitung Lc zwischen der ersten ECU 51 und der zweiten ECU 52 umfasst, eine Fortsetzung des Fahrbetriebs nicht möglich, während die Steuerfunktion für den Drehantrieb einer Antriebsvorrichtung 60 betrieben wird. Daher ist es erforderlich, eine Redundanz des Kommunikationssystems bereitzustellen, z. B. durch Duplizierung des Kommunikationssystems einschließlich der Kommunikationsleitung Lc. Darüber hinaus ist es in der Konfiguration des in 9 dargestellten Vergleichsbeispiels erforderlich, Redundanz sowohl bei der ersten ECU 51 als auch bei der zweiten ECU 52 bereitzustellen, da die Kommunikation einschließlich der Kommunikationsleitung Lc dupliziert ist.
Andererseits wird in der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform, die in 8 dargestellten Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform andererseits, da der Lenkwinkel θha und der Lenkwinkel θhb als detektierte Werte des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 in die zweite ECU 52 eingegeben werden, die die Antriebsvorrichtung 70 (Antriebsmotor 71) steuert, eine Fortführung des Fahrbetriebs mit der Antriebsvorrichtung 70 selbst dann möglich ist, wenn das Kommunikationssystem einschließlich der Kommunikationsleitung Lc zu der ersten ECU 51, die die Reaktionskraftvorrichtung 60 (Reaktionskraftmotor 61) steuert, ausgefallen ist oder die erste ECU 51 ausgefallen ist, und es somit möglich ist, ausfallsichere Funktionen eines Fahrzeugsystems mit einer einfachen Konfiguration zu erreichen. Dementsprechend ist in der in 8 dargestellten Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform eine Redundanz bei der zweiten ECU 52 ausreichend und eine Redundanz bei der ersten ECU 51 nicht zwingend erforderlich, wie später unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. Im Folgenden werden spezifische Beispiele für die Verarbeitung der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 10, 11 und 12 beschrieben.
10 ist ein Diagramm, das beispielhafte interne Funktionsblöcke der ersten ECU und der zweiten ECU zeigt. 11 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung in der zweiten ECU illustriert. 12 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Ablauf der Verarbeitung in der ersten ECU illustriert.
Zunächst wird im Folgenden die Verarbeitung in der zweiten ECU 52 beschrieben.
Die zweite ECU 52 bestimmt, ob der Lenkwinkel θha vom ersten Ruderwinkelsensor 41 über die in 8 dargestellte Signalleitung La empfangen wird (Schritt S101). Eine θha-Diagnosefunktion stellt fest, ob der Lenkwinkel θha normal empfangen wird, z. B. durch eine θha-Empfangsfunktionskomponente. Wenn der Lenkwinkel θha normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θha empfangen wird (Ja in Schritt S101), oder wenn der Lenkwinkel θha nicht normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θha nicht empfangen werden kann (Nein in Schritt S101). Insbesondere, wenn der Lenkwinkel θha nicht empfangen werden kann, wird angezeigt, dass eine der Funktionskomponenten des ersten Ruderwinkelsensors 41, der Signalleitung La und des θha-Empfangs ausgefallen ist.
Wenn der Lenkwinkel θha empfangen wird (Ja in Schritt S101), stellt die zweite ECU 52 den vom ersten Ruderwinkelsensor 41 empfangenen Lenkwinkel θha als den Lenkwinkel θh des Rades 1 ein (Schritt S102), steuert die Antriebsvorrichtung 70 (Antriebsmotor 71) (Drehantriebssteuerung) und überträgt den Lenkwinkel θh an die erste ECU 51 über das Kommunikationssystem, das die in 8 dargestellte Kommunikationsleitung Lc enthält (Schritt S103), und kehrt dann zur Verarbeitung in Schritt S101 zurück. Die θha-Diagnosefunktion wendet durch eine Schaltfunktion den vom ersten Ruderwinkelsensor 41 empfangenen Lenkwinkel θha als den für die Lenkantriebssteuerung und die Lenkreaktionskraftsteuerung verwendeten Lenkwinkel θh an.
Wenn der Lenkwinkel θha nicht empfangen werden kann (Nein bei Schritt S101), bestimmt die zweite ECU 52, ob der Lenkwinkel θhb vom zweiten Ruderwinkelsensor 42 über die in 8 dargestellte Signalleitung Lb empfangen wird (Schritt S104). Eine θhb-Diagnosefunktion stellt fest, ob der Lenkwinkel θhb normal empfangen wird, z. B. durch eine θhb-Empfangsfunktionskomponente. Wenn der Lenkwinkel θhb normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θhb empfangen wird (Ja bei Schritt S104), oder wenn der Lenkwinkel θhb nicht normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θhb nicht empfangen werden kann (Nein bei Schritt S104). Insbesondere wenn der Lenkwinkel θhb nicht empfangen werden kann, wird angezeigt, dass eine der Funktionskomponenten des zweiten Ruderwinkelsensors 42, der Signalleitung Lb und des θhb-Empfangs ausgefallen ist.
Wenn der Lenkwinkel θhb empfangen wird (Ja bei Schritt S104), stellt die zweite ECU 52 den vom zweiten Ruderwinkelsensor 42 empfangenen Lenkwinkel θhb als den Lenkwinkel θh des Rades 1 ein (Schritt S105), steuert die Antriebsvorrichtung 70 (Antriebsmotor 71) (Drehantriebssteuerung), überträgt den Lenkwinkel θh an die erste ECU 51 über das Kommunikationssystem, das die in 8 dargestellte Kommunikationsleitung Lc enthält (Schritt S103), und kehrt dann zur Verarbeitung bei Schritt S101 zurück. Die θhb-Diagnosefunktion wendet durch eine Schaltfunktion den vom zweiten Ruderwinkelsensor 42 empfangenen Lenkwinkel θhb als den Lenkwinkel θh an, der für die Steuerung des Drehantriebs und die Steuerung der Lenkreaktionskraft verwendet wird.
Wenn der Lenkwinkel θhb nicht empfangen werden kann (Nein in Schritt S104), führt die zweite ECU 52 eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durch (Schritt S106) und beendet die vorliegende Verarbeitung. Bei der Anomalieverarbeitung in der zweiten ECU 52 wird beispielsweise eine Sicherheitsstoppverarbeitung in Übereinstimmung mit einem automatisierten Fahrniveau eines Fahrzeugs durchgeführt, an dem die Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform angebracht ist, und der Fahrer wird darüber benachrichtigt, dass eine Ruderwinkeldetektionsfunktion, die den ersten Ruderwinkelsensor 41, den zweiten Ruderwinkelsensor 42, die Signalleitungen La und Lb, die θha-Empfangsfunktionskomponente und die θhb-Empfangsfunktionskomponente umfasst, ausgefallen ist. Der Fahrer kann über den Ausfall der Ruderwinkeldetektionsfunktion informiert werden, beispielsweise durch Anzeige auf einer Anzeigeeinheit wie einer Anzeigetafel, durch Aufleuchten eines lichtemittierenden Elements wie einer LED oder durch Abgabe eines Warntons. Der Aspekt der Verarbeitung von Anomalien in der zweiten ECU 52 stellt keine Einschränkung dar.
Nachfolgend wird die Verarbeitung in der ersten ECU 51 beschrieben.
Das erste Steuergerät 51 bestimmt, ob ein Kommunikationssystem, das die in 8 dargestellte Kommunikationsleitung Lc, eine θh-Empfangsfunktionskomponente des ersten Steuergeräts 51 und eine θh-Sendefunktionskomponente des zweiten Steuergeräts 52 enthält, normal ist (Schritt S201). Zum Beispiel fordert eine θh-Diagnosefunktion die zweite ECU 52 auf, den Lenkwinkel θh zu übertragen und bestimmt, ob ein ACK-Signal als Antwort auf die Übertragungsanforderung von der θh-Empfangsfunktionskomponente empfangen wird. Wenn das ACK-Signal empfangen wird, wird festgestellt, dass das Kommunikationssystem normal ist (Ja in Schritt S201), oder wenn das ACK-Signal nicht empfangen wird, wird festgestellt, dass das Kommunikationssystem anomal ist (Nein in Schritt S201). Insbesondere zeigt die Anomalie des Kommunikationssystems einen Ausfall des Kommunikationssystems einschließlich der Kommunikationsleitung Lc, der θh-Empfangsfunktionskomponente der ersten ECU 51 und der θh-Sendefunktionskomponente der zweiten ECU 52 an.
Wenn das Kommunikationssystem normal ist (Ja in Schritt S201), bestimmt die erste ECU 51, ob der Lenkwinkel θh von der zweiten ECU 52 über die in 8 dargestellte Kommunikationsleitung Lc empfangen wird (Schritt S202). Die θh-Diagnosefunktion bestimmt, ob der Lenkwinkel θh beispielsweise von der θh-Empfangsfunktionskomponente normal empfangen wird. Wenn der Lenkwinkel θh normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θh empfangen wird (Ja in Schritt S202), oder wenn der Lenkwinkel θh nicht normal empfangen wird, wird bestimmt, dass der Lenkwinkel θh nicht empfangen werden kann (Nein in Schritt S202). Wenn der Lenkwinkel θh nicht empfangen werden kann, wird insbesondere angezeigt, dass die Ruderwinkelerfassungsfunktion, die den ersten Ruderwinkelsensor 41, den zweiten Ruderwinkelsensor 42, die Signalleitungen La und Lb, die θha-Empfangsfunktionskomponente und die θhb-Empfangsfunktionskomponente umfasst, ausgefallen ist.
Wenn der Lenkwinkel θh normal ist (Ja in Schritt S202), steuert die erste ECU 51 die Reaktionskraftvorrichtung 60 (Reaktionskraftmotor 61) (Lenkreaktionskraftsteuerung) auf der Grundlage des von der zweiten ECU 52 empfangenen Lenkwinkels θh (Schritt S203), und kehrt dann zur Verarbeitung in Schritt S201 zurück.
Wenn das Kommunikationssystem anomal ist (Nein in Schritt S201) oder wenn der Lenkwinkel θh nicht empfangen werden kann (Nein in Schritt S202), mit anderen Worten, wenn das Kommunikationssystem oder die Ruderwinkeldetektionsfunktion ausgefallen ist, führt die erste ECU 51 eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durch (Schritt S204) und beendet die vorliegende Verarbeitung. Bei der Anomalieverarbeitung in der ersten ECU 51 wird beispielsweise die Funktion zur Steuerung der Lenkreaktionskraft gestoppt, und der Fahrer wird über den Stopp der Funktion zur Steuerung der Lenkreaktionskraft informiert. Der Fahrer kann über das Anhalten der Lenkkraftregelungsfunktion beispielsweise durch eine Anzeige auf einer Anzeigeeinheit, wie z.B. einer Anzeigetafel, durch das Aufleuchten eines lichtemittierenden Elements, wie z.B. einer LED, oder durch die Ausgabe eines Warntons informiert werden. Der Aspekt der Verarbeitung von Anomalien in der ersten ECU 51 stellt keine Einschränkung dar.
In der Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Ruderwinkelerfassungsfunktion normal ist, mit anderen Worten, mindestens einer von dem Lenkwinkel θha als dem erfassten Wert des ersten Ruderwinkelsensors 41 und dem Lenkwinkel θhb als dem erfassten Wert des zweiten Ruderwinkelsensors 42 normalerweise bei der Verarbeitung in der ersten ECU 51 (11) und der Verarbeitung in der zweiten ECU 52 (10), ist die Fortführung des Fahrbetriebs mit der Drehantriebssteuerung der Antriebsvorrichtung 70 (Antriebsmotor 71) durch die zweite ECU 52 selbst im Falle eines Ausfalls des Kommunikationssystems einschließlich der Kommunikationsleitung Lc, der θh-Empfangsfunktionskomponente und der θh-Sendefunktionskomponente der zweiten ECU 52 möglich. Dementsprechend ist es möglich, ausfallsichere Funktionen eines Fahrzeugsystems mit einer einfachen Konfiguration zu erreichen, ohne eine Redundanz des Kommunikationssystems zu haben, z.B. durch Duplizierung des Kommunikationssystems einschließlich der Kommunikationsleitung Lc zwischen der ersten ECU 51 und der zweiten ECU 52.
Man beachte, dass die oben beschriebene Ausführungsform die beispielhafte Konfiguration darstellt, in der die beiden Ruderwinkelsensoren des ersten Ruderwinkelsensors 41 und des zweiten Ruderwinkelsensors 42 als Ruderwinkelsensoren vorgesehen sind, aber drei oder mehr Ruderwinkelsensoren können vorgesehen werden, um eine erhöhte Redundanz durch weitere Verdoppelung der Ruderwinkeldetektionsfunktion zu haben. Darüber hinaus sind doppelte Elemente nicht auf die Ruderwinkelerfassungsfunktion beschränkt, und beispielsweise kann eine Drehmomenterfassungsfunktion, die dem in 1 dargestellten Drehmomentsensor 10 entspricht, oder ein Energiequellensystem zur Versorgung jedes Elements dupliziert werden, oder interne Konfigurationen des ersten Steuergeräts 51 und des zweiten Steuergeräts 52 können dupliziert werden. In einem solchen Fall können Hardwarekomponenten auf Halbleiterchips, die in der ersten ECU 51 und der zweiten ECU 52 enthalten sind, dupliziert werden, oder eine Vielzahl von identischen Halbleiterchips kann montiert werden.
Darüber hinaus kann das Kommunikationssystem zwischen dem ersten Steuergerät 51 und dem zweiten Steuergerät 52 das CAN 40 oder das in 1 dargestellte Nicht-CAN 40a sein. Der Aspekt des Kommunikationssystems zwischen dem ersten Steuergerät 51 und dem zweiten Steuergerät 52 stellt keine Einschränkung dar.
Es ist zu beachten, dass die in der obigen Beschreibung verwendeten Zeichnungen konzeptionelle Diagramme zur Durchführung der qualitativen Beschreibung der vorliegenden Offenbarung sind und dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diese Zeichnungen beschränkt ist. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind bevorzugte Beispiele der vorliegenden Offenbarung, aber nicht darauf beschränkt, und können auf verschiedene Weise modifiziert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Rad
2: Säulen-Schacht
3: Verzögerungsmechanismus
5: Ritzel-Zahnstangenmechanismus
6a, 6b: Zugstange
7a, 7b: Nabeneinheit
8L, 8R: Lenkrad
10: Drehmomentsensor
11: Zündschlüssel
12: Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
13: Batterie
14: Ruderwinkelsensor
41: erster Ruderwinkelsensor
42: zweiter Ruderwinkelsensor
50: Steuergerät (ECU)
51: erstes ECU (erstes Steuergerät)
52: zweite ECU (zweite Steuereinheit)
60: Reaktionskraftgerät
61: Reaktionskraft Motor
70: Antriebsvorrichtung
71: Antriebsmotor
72: Gang
73: Winkelsensor
130: Stromsteuergerät
140: Motorstromdetektor
200: Ziel-Lenkungsmoment-Erzeugungseinheit
300: Verdrehwinkel-Steuergerät
310: Kompensationseinheit für Verdrehwinkelrückführung (FB)
320: Berechnungseinheit für die Verdrehwinkelgeschwindigkeit
330: Geschwindigkeitskontrolleinheit
331: Integrationsstelle
332: proportionale Einheit
333, 334: Subtraktionseinheit
340: Stabilisierungsausgleichseinheit
350: Leistungsbegrenzungseinheit
361: Subtraktionseinheit
362: Zusatzeinheit
500: Umrechnungseinheit
910: Ziel-Drehwinkel-Erzeugungseinheit
920: Drehwinkelkontrolleinheit
921: Drehwinkelrückführung (FB) Kompensationseinheit
922: Berechnungseinheit für die Drehwinkelgeschwindigkeit
923: Geschwindigkeitskontrolleinheit
926: Leistungsbegrenzungseinheit
927: Subtraktionseinheit
930: Stromsteuergerät
931: Beschränkungseinheit
933: Korrektureinheit
932: Tarifbeschränkungseinheit
940: Motorstromdetektor
1001: CPU
1005: Schnittstelle
1006: A/D-Wandler
1007: PWM-Steuerung
1100: Steuerrechner (MCU)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006218992 [0003]

Claims

Fahrzeuglenkvorrichtung, umfassend: eine Reaktionskraftvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Lenkreaktionskraft auf ein Rad ausübt; eine Antriebsvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass sie die Reifen in Abhängigkeit von der Lenkung des Rades dreht; eine erste Steuereinheit, die zur Steuerung der Reaktionskraftvorrichtung konfiguriert ist; eine zweite Steuereinheit, die zur Steuerung der Antriebsvorrichtung konfiguriert ist; eine Vielzahl von Ruderwinkelsensoren, die so konfiguriert sind, dass sie Lenkwinkel des Rades erfassen und die erfassten Lenkwinkel an die zweite Steuereinheit ausgeben; und ein Kommunikationssystem, das so konfiguriert ist, dass es mindestens einen der Lenkwinkel des Rades als erfasste Werte der Ruderwinkelsensoren von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit überträgt, wobei die zweite Steuereinheit einen der erfassten Werte der Ruderwinkelsensoren als Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades über das Kommunikationssystem an die erste Steuereinheit ausgibt, und die erste Steuereinheit die Reaktionskraftvorrichtung auf der Grundlage des Lenkwinkels des Rades steuert, wobei der Lenkwinkel von der zweiten Steuereinheit über das Kommunikationssystem eingegeben wird.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Ruderwinkelsensoren umfassen einen ersten Ruderwinkelsensor und einen zweiten Ruderwinkelsensor, wenn ein erfasster Wert des ersten Ruderwinkelsensors empfangen wird, die zweite Steuereinheit den erfassten Wert als den Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades an die erste Steuereinheit über das Kommunikationssystem ausgibt, und wenn der erfasste Wert des ersten Ruderwinkelsensors nicht empfangen werden kann, die zweite Steuereinheit einen erfassten Wert des zweiten Ruderwinkelsensors als den Lenkwinkel des Rades einstellt, die Antriebsvorrichtung steuert und den Lenkwinkel des Rades über das Kommunikationssystem an die erste Steuereinheit ausgibt.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Steuereinheit eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durchführt, wenn der Lenkwinkel des Rades nicht empfangen werden kann oder das Kommunikationssystem ausgefallen ist.
Fahrzeuglenkvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die zweite Steuereinheit eine vorbestimmte Anomalieverarbeitung durchführt, wenn nicht alle erfassten Werte der Ruderwinkelsensoren empfangen werden können.