JP2004182008A - Steering control system of vehicle and steering system control method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の運転者によって操作される操舵手段の操作量に応じて操舵輪の向きを制御する車両の操舵制御システムに関し、特に操舵輪の向きの制御に異常が発生した際に警告を発するための車両の操舵制御装置及び車両の操舵システム制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両の操舵ハンドルと操舵輪の向きを変える機構との機械的連結をなくし、操舵ハンドルの回転角度に応じて操舵輪の向きを制御するステアバイワイヤシステムとして、下記特許文献1に開示されたものがある。この文献には、操舵ハンドルが操作された方向と逆向きの反力を加える反力発生手段を備え、この反力の強度を車速や路面状態に応じて制御することが開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−142330号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このようなステアバイワイヤシステムでは操舵輪が溝に嵌ったり縁石に当たった場合などに、操舵ハンドルの角度と操舵輪の実際の向きとが整合しないことがある。即ち、従来の操舵装置は、操舵ハンドルと操舵輪の向きを変えるリンク機構とが機械的に連結されており、操舵ハンドルの角度と操舵輪の実際の向きとは常に整合している。しかし、ステアバイワイヤシステムでは操舵ハンドルの角度は一つの入力情報に過ぎないので、操舵ハンドルの角度に対応する操舵輪の向き(操舵角度)がとれない場合には操舵輪の目標角度と実際の操舵角度(実角度)との間に偏差が発生する。このような状態で車両を発進させると、運転者が意図した方向とは若干異なる方向に車両が進むこととなる。
【0005】
このため、操舵輪の目標角度と実角度との間に偏差が過大になった場合には操舵ハンドルを操舵輪の実角度に合わせた位置に戻すよう、反力発生手段により偏差に応じた反力を与えることが考えられる。しかしながら、反力発生手段が発生し得る反力を超えて操舵ハンドルが操作された場合には操舵ハンドルの位置を反力発生手段にて戻すことができない。また、運転者が大きな力で操舵ハンドルを操作した場合でも操舵輪の実角度に合わせた位置に操舵ハンドルを戻すことができる反力トルクを発生するには大容量のアクチュエータが必要となり、反力発生手段が大型化し重量が増すとともにコストが上昇してしまう。
【0006】
本発明は、操舵手段の操作量と操舵輪の実角度との偏差が過大になった際には警告をすることにより、大容量のアクチュエータを備える必要が無い反力発生手段とすることができ、操舵制御システムの小型軽量化及び低コスト化が可能となる車両の操舵制御装置及び車両の操舵システム制御方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、操舵手段の操作量を検出する操作量検出手段と、操舵輪を駆動してその向きを変える操舵輪駆動手段と、前記操舵手段の操作量に応じて前記操舵輪駆動手段に指示を与え操舵輪の向きを制御する操舵輪制御手段とを備えた車両の操舵制御システムにおいて、前記操舵輪制御手段で制御対象となる制御対象状態量の監視結果に基づいて、前記操舵輪を前記操舵手段の操作量に応じた向きに制御できない操舵輪角度異常を検出する操舵輪角度異常検出手段と、前記操舵輪角度異常検出手段により操舵輪角度異常を検出したときに警報を発する警報手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の車両の操舵制御システムにおいて、前記操舵輪の実角度を検出する操舵輪角度検出手段を備え、前記操舵輪角度異常検出手段は前記操舵手段の操作量に対応する前記操舵輪の目標角度と前記操舵輪の実角度との偏差に基づいて操舵輪角度異常を検出することを特徴とする。
【0009】
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の車両の操舵制御システムにおいて、前記操舵輪駆動手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段を備え、前記操舵輪角度異常検出手段は前記負荷検出手段により検出した駆動負荷に基づいて操舵輪角度異常を検出することを特徴とする。
【0010】
また、請求項4記載の発明は、請求項1乃至3の何れか1項に記載の車両の操舵制御システムにおいて、前記操舵手段に連結され、運転者に操舵時の手応え感を与えるための反力発生手段を備え、前記警報手段は前記反力発生手段によって前記操舵手段を振動させることにより警報を発することを特徴とする。
【0011】
また、請求項5記載の発明は、操舵手段の操作量に応じて操舵輪の向きを制御する車両の操舵システム制御方法において、前記操舵輪の角度位置を制御する際に制御対象となる制御対象状態量の監視結果に基づいて、前記操舵輪を前記操舵手段の操作量に応じた向きに制御できない操舵輪角度異常を検出し、操舵輪角度異常が検出されたときには警報を発することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両に搭載されるステアバイワイヤシステムに具体化した第一実施形態を図1〜図5に基づいて詳細に説明する。
【0013】
図1は、本実施形態の概念図を示している。本実施形態のステアバイワイヤシステムは、ステアリングホイール部100、反力モータ駆動制御部200、操舵輪駆動制御部300、舵取機構400とから構成される。
【0014】
(ステアリングホイール部100)
ステアリングホイール部100のステアリングホイール10(操舵手段)は、図示しない車両フレームに対して回転可能に支持された回転軸11に連結されている。反力モータ12は、回転軸11に対して付設され、ステアリングホイール10に操舵反力を付与する。反力モータ12は回転軸11と一体の出力軸を備えた駆動モータ(例えばブラシレスDCモータ)により構成されている。
【0015】
弾性機構13は、回転軸11のステアリングホイール10とは反対側の端部と図示しない車両フレームの間に連結されている。弾性機構13は、例えば渦巻きばね等の弾性部材から構成されている。反力モータ12がステアリングホイール10にトルクを付与していないときでも、弾性機構13はその弾性力により、ステアリングホイール10を中立位置(直進操舵位置)に復帰させるようにしている。
【0016】
回転軸11には、操作量検出手段として操舵角センサ14が設けられており、同操舵角センサ14により回転軸11の回転角度(操作量)に対応するステアリングホイール10の操舵角が検出される。なお、説明の便宜上、前記回転角度は、以下では操舵ハンドル回転角度ともいうことがある。また、回転軸11には、トルクセンサ15が設けられ、同トルクセンサ15によりステアリングホイール10に加えられた操作トルクが検出される。操舵角センサ14及びトルクセンサ15からの出力信号はセンサ情報処理部16へ入力される。センサ情報処理部16では、操舵角センサ14から入力された信号をハンドル角度データに変換し、トルクセンサ15から入力された信号をハンドルトルクデータに変換する。
【0017】
(反力モータ駆動制御部200)
次に、反力モータ駆動制御部200について説明する。
反力モータ駆動制御部200は、反力モータ制御回路20と反力モータ駆動回路21とから構成される。反力モータ制御回路20はセンサ情報処理部16と接続されており、主としてセンサ情報処理部16から得たハンドル角度データ及びハンドルトルクデータに基づいて反力モータ12を制御する。具体的には、ハンドル角度データ及びハンドルトルクデータに基づいて反力モータ12が発生すべきトルクを演算し、そのトルクに応じた電流指令値を反力モータ駆動回路21に送る。反力モータ駆動回路21では、電流指令値に応じてパワートランジスタのスイッチングによりPWM波形を生成し、反力モータ12に供給する。なお、請求項における「反力発生手段」は、反力モータ駆動制御部200及び反力モータ12に相当する。反力モータ12はアクチュエータに相当する。
【0018】
(操舵輪駆動制御部300)
次に、操舵輪駆動制御部300について説明する。
操舵輪駆動制御部300は、操舵輪制御回路30と操舵輪駆動回路31と操舵輪角度検出回路32とから構成される。
【0019】
操舵輪制御回路30は、センサ情報処理部16から得たハンドル角度データに応じて操舵輪の向き(操舵輪角度)を制御する。具体的には、操舵輪制御回路30はハンドル角度データに応じた操舵輪の理想的な角度(目標角度)を演算し、この目標角度と操舵輪の実際の操舵輪角度(以下、実角度又は操舵輪実角度という)との偏差(以下、角度偏差という)に応じて操舵輪駆動回路31に電流指令を送る。操舵輪駆動回路31はこの指令に従い、舵取機構400に駆動電流を供給する。駆動電流を流す電源線にはホールCT33が設けられ、ホールCT33の出力信号は操舵輪駆動回路31にフィードバックされる。また、操舵輪の実角度の情報は舵取機構400の角度検出器43からの信号を操舵輪角度検出回路32で処理し、操舵輪制御回路30へフィードバックされる。
【0020】
図2に操舵輪制御回路30の構成を示す。
同図に示すように、操舵輪制御回路30は、中央演算処理装置としてのCPU110を中心として、CPU110で実行するプログラムを記憶したROM101と、プログラム実行に必要なデータを記憶するRAM102とを主たる構成要素としている。さらに、操舵輪制御回路30は、センサ情報処理部16とのインタフェース回路としてのI/F103と、操舵輪駆動回路31とのインタフェース回路としてのI/F104と、操舵輪角度検出回路32とのインタフェース回路としてのI/F105とを主たる構成要素としている。
【0021】
(舵取機構400)
次に、舵取機構400について説明する。
舵取機構400は、ステータ41とモータシャフト42と角度検出器43とからなるモータ部40を備えている。ステータ41は操舵輪駆動回路31から供給される駆動電流により磁界を発生させる電気巻線を備えている。一方、モータシャフト42の外縁には図略の磁石が配置されており、この磁石と前記駆動電流により発生する磁界との作用によってトルクが発生し、モータシャフト42が回転する。モータシャフト42の一端にはボールねじ機構44が設けられている。ボールねじ機構44にはシャフト45が螺合しており、モータシャフト42が回転するとボールねじ機構44の作用によりシャフト45が図1において、左右方向に移動する。シャフト45は図示しないタイロッドを介して操舵輪である車両前輪のタイヤTに連結されている。即ち、モータシャフト42の回転によりタイヤTの操舵角が変化する。
【0022】
上記本実施形態の基本的構成は従来のものと同様であるが、本発明はタイヤTが溝にとられた場合など、タイヤTを目標角度に制御することができないことを示す操舵輪角度異常が発生した場合の処理を特徴としている。以下、この問題について説明し、本実施形態による問題解決手段を説明する。
【0023】
図3(A)の実線は、タイヤTが溝Gに嵌った状態を示している。図3(A)においては図面上方が車両の前部にあたるものとする。このような状態で運転者がステアリングホイール10を左に回すと、その角度を示すハンドル角度データがセンサ情報処理部16から操舵輪制御回路30に送られる。操舵輪制御回路30ではハンドル角度データから演算される目標角度位置(図3(A)に点線で示す位置)にタイヤTを制御しようとするが、タイヤTは溝Gに嵌っているためその位置に動くことができず、実線で示す位置に留まっている。即ち、タイヤTの角度にθ分の偏差が発生している。一方、ステアリングホイール10は目標角度位置に対応する角度にあるので運転者はタイヤTが点線に示す方向を向いていると認識している。この状態で車両を発進させると運転者の意図とは異なる方向に進むこととなる。この問題はステアバイワイヤシステムを用いる車両に特有の問題である。また、図3(B)に示すようにタイヤTが縁石Rに当たった場合も同様の問題が発生する。なお、図3(B)において、点線は図3(A)と同様にハンドル角度データから演算されるタイヤTの目標角度位置を示し、実線は、実際のタイヤTが位置している場合を示している。
【0024】
図4は、本実施形態による車両において、運転者のステアリングホイール10の操作中にタイヤTが障害物(例えば溝Gや縁石R)に当たって操舵できなくなった際の「操舵ハンドル回転角度」,「操舵輪実角度」,「角度偏差」,「反力モータ出力トルク」の各状態量の変化を示したものである。このうち、「角度偏差」は、制御対象となる制御対象状態量に相当する。
【0025】
縦軸はこれら各状態量を示し、横軸は時間を示す。以下、各時間領域毎に現象を説明する。
(時刻t0〜t1)
t0は運転者が操舵ハンドル操作を開始した時刻、t1はタイヤTが障害物に当たった時刻である。t0〜t1の間は「操舵ハンドル回転角度」が操舵ハンドル操作によって変化し、これに応じて操舵輪駆動制御部300の処理により「操舵輪実角度」が追従する。タイヤTを操舵する際の負荷量に応じて「角度偏差」が発生する。また、反力モータ駆動制御部200の動作により、「反力モータ出力トルク」が発生し、ステアリングホイール10に回転方向とは逆向きの反力が伝達される。この反力が運転者に手応え感を与える。
【0026】
(時刻t1〜t2)
t2は、「角度偏差」が所定の閾値S1を超えた時刻である。時刻t1においてタイヤTが障害物に当たっているため、時刻t1〜t2の間はステアリングホイール10が切り込まれているのにタイヤTが追従していない時間帯である。従って、この間は「角度偏差」が徐々に上昇していく。また、反力モータ駆動制御部200は「角度偏差」に伴って「反力モータ出力トルク」を大きくし、ステアリングホイール10をタイヤTの実角度に対応する位置まで戻そうとする。
【0027】
(時刻t2〜t3)
時刻t2で「角度偏差」が所定の閾値S1を超えると、操舵輪制御回路30の処理でタイヤTの操舵輪角度異常が発生したと判断(検出)し、反力モータ駆動制御部200に警報を発生させる。反力モータ駆動制御部200は警報発生の指示を受けてから警報解除の指示を受けるまでの間、反力モータ12を駆動制御して「反力モータ出力トルク」を微振動させる。運転者はこの微振動により警報が発せられていることを認識する。この微振動の周期は0.1〜1秒の範囲であれば良いが、0.2〜0.5秒の範囲で好適である。微振動の幅は運転者がステアリングホイール10の振動を感知でき、かつ、運転者を驚愕させない程度であればよい。また、前記微振動に限定されず、正弦波状の振動の他、パルス状の振動であってもよい。
【0028】
運転者が異常に気づくと、時刻t3でステアリングホイール10を戻し始める。
(時刻t3〜t4)
時刻t4は、ステアリングホイール10の戻し操作により「角度偏差」が所定の閾値S1を下回る時刻である。「角度偏差」が閾値S1を下回ると操舵輪制御回路30の処理により警報解除が指令され、ステアリングホイール10の微振動が停止する。
【0029】
(時刻t4〜t5)
時刻t5は運転者がステアリングホイール10を戻し終わる時刻である。運転者がステアリングホイール10の操作を止めると「角度偏差」はほぼゼロとなり、「反力モータ出力トルク」は「操舵ハンドル回転角度」に応じた一定の値となる。
【0030】
上記一連の動作の中で、操舵輪制御回路30のCPU110の処理として行われる操舵輪角度異常判定と警報の発生/解除に係る処理のフローチャートを図5に示し、以下詳細に説明する。
【0031】
ステップS100の処理で警報が発生中であるか否かを判定する。警報発生中でなければステップS130の処理を実行する。ステップS130では、角度偏差が閾値S1以上であるか否かを判定する。角度偏差が閾値S1以上であればステップS140で反力モータ駆動制御部200に警報発生の指示を出し、警報を発生させる。角度偏差が閾値S1以上でなければ何もせず、このフローチャートを一旦終了する。一方、ステップS100で警報発生中であると判定した場合にはステップS110の処理を実行する。ステップS110では角度偏差が閾値S1未満であるか否かを判定する。角度偏差が閾値S1未満であればステップS120で反力モータ駆動制御部200に警報解除の指示を出し、警報を停止させる。角度偏差が閾値S1以上であれば警報解除することなく、このフローチャートを一旦終了する。なお、図5のフローチャートの処理は操舵システムの状態に関わらず所定周期で繰り返し実行されるものである。
【0032】
このように、本実施形態では、請求項における「操舵輪制御手段」は操舵輪制御回路30に相当し、「操舵輪駆動手段」は操舵輪駆動回路31及び舵取機構400に相当し、「操舵輪角度検出手段」は角度検出器43及び操舵輪角度検出回路32に相当する。また、「警報手段」は反力モータ駆動制御部200及び反力モータ12に相当する。「操舵輪角度異常検出手段」は操舵輪制御回路30のCPU110で行われる処理として実現されている。すなわち、CPU110は操舵輪角度異常検出手段に相当する。
【0033】
以上説明したように、本実施形態の操舵制御システムによれば以下に示す効果がある。
(1)ステアリングホイール10の回転角度(操作量)に応じた角度にタイヤTの向きを変えられない場合には運転者に警報を発するので、運転者は異常に気づき操舵ハンドルを戻す。このため、運転者の意図しない方向に車両が進むことを防止できる。
【0034】
(2)センサ情報処理部16から得たハンドル角度データから演算される操舵輪の理想的な角度(目標角度)と操舵輪の実角度との角度偏差によって操舵輪角度異常を検出することができるので、異常判定を容易かつ確実に行うことができる。
【0035】
(3)運転者への警報は、反力モータ12で発生するトルクの微小振動により行うこととした。タイヤTの操舵輪角度異常が発生する際には、運転者は常にステアリングホイール10を握っているので、運転者に対して確実に警報を伝達することができる。
【0036】
次に、本発明の第二実施形態を図6及び図7により説明する。なお、この第二実施形態は第一実施形態の操舵輪角度異常判定を操舵輪駆動時の駆動負荷量に基づいて行うようにしたものであり、その他の点では第一実施形態と同一の構成になっている。従って、以下ではこの相違点についてのみ説明することとし、第一実施形態と共通する部分については同一符号を付して重複した説明を省略する。
【0037】
図6は図4に示した状態量の変化を示すグラフのうち、「角度偏差」を「操舵輪駆動負荷」に置き換えたものである。「操舵輪駆動負荷」はモータ部40を駆動する際の負荷であり、操舵輪制御回路30のCPU110の処理により検出される。具体的には、ホールCT33で検出した駆動電流又は操舵輪駆動回路31への電流指令値に応じて演算により求められる。即ち、請求項における「負荷検出手段」は操舵輪制御回路30のCPU110で行われる処理として実現されている。
【0038】
前記操舵輪駆動負荷は操舵輪駆動手段の駆動負荷に相当する。また、同駆動負荷は、制御対象となる制御対象状態量に相当する。
時刻t0〜t1においては、「操舵ハンドル回転角度」の変化に応じて操舵輪を操舵すべくモータ部40に駆動電流が供給され、駆動負荷が発生する。駆動負荷の立ち上がり後、操舵輪が障害物に当たる時刻t1までは略一定の駆動負荷が発生している。時刻t1で操舵輪が障害物に当たると、操舵輪を「操舵ハンドル回転角度」に応じた目標角度に制御すべく駆動負荷が上昇し、やがて閾値S2を超える(時刻t2)。駆動負荷が閾値S2を超えたことに起因してステアリングホイール10の微振動により警報が発せられる。運転者がこの警報により異常を認識し、ステアリングホイール10を戻しはじめる(時刻t3)。すると「操舵輪駆動負荷」が急速に減少し、閾値S2を下回る(時刻t4a)。これにより、警報が解除される。その後、操舵輪角度を逆方向に進めるために「操舵輪駆動負荷」がマイナスの値となり、「操舵ハンドル回転角度」が変化しなくなると「操舵輪駆動負荷」がゼロとなる(時刻t5)。
【0039】
この過程で行われる操舵輪角度異常判定と警報の発生/解除に係る処理のフローチャートを図7に示す。図5のフローチャートでは操舵輪制御回路30のCPU110が角度偏差によって行っていた警報発生/解除の判定を図7のフローチャートでは操舵輪制御回路30のCPU110が駆動負荷によって行うようにしたものである。ステップS200は、警報発生中であるか否かを判定する処理である。警報発生中でなければステップS230の処理を実行し、駆動負荷が閾値S2以上であるか否かを判定する。駆動負荷が閾値S2以上であればステップS240で反力モータ駆動制御部200に警報発生の指示を出し、警報を発生させる。駆動負荷が閾値S2以上でなければ何もせず、このフローチャートを一旦終了する。一方、ステップS200で警報発生中であると判定した場合にはステップS210の処理を実行し、駆動負荷が閾値S2未満であるか否かを判定する。駆動負荷が閾値S2未満であればステップS220で反力モータ駆動制御部200に警報解除の指示を出し、警報を解除させる。駆動負荷が閾値S2以上であれば警報解除することなく、このフローチャートを一旦終了する。この一連の処理は操舵システムの状態に関わらず、所定周期で繰り返し実行されるものである。
【0040】
従って、本実施形態によれば、駆動負荷に基づいて操舵輪角度異常が検出され、運転者に警報が発せられるので、上記(1)及び(3)と同様の効果がある。また、操舵輪を駆動するための駆動負荷によって操舵輪角度異常を検出することができるので、異常判定を容易かつ確実に行うことができる。またさらに、運転者がステアリングホイール10を戻し始めた際により早く警報が解除されるので、運転者はステアリングホイール10を戻す操作の正当性を直ちに認識できる。
【0041】
なお、前記各実施形態は、以下のような別形態にして変更して実施することも可能である。
・操舵輪角度異常を検出するための監視の対象となる制御対象状態量は、角度偏差や操舵輪駆動負荷に限られず、反力発生手段の負荷(反力モータ出力トルク)であってもよい。反力発生手段の負荷は操舵ハンドル回転角度に応じた目標角度と操舵輪実角度との差に応じて増大するので、例えば反力モータが出力し得る連続最大トルクに所定の割合(好適には80%〜95%)を乗じた閾値を超えた場合に操舵輪角度異常を検出するようにしてもよい。この変形例によっても上記(1)及び(3)と同様の効果がある。またさらに、この変形例と請求項4記載の発明とを組みあわせて実施してもよい。
・警告としての反力発生手段による操舵手段の振動は、連続する振動に限られず、間欠的な振動でもよい。また、所定の時間間隔で発生するインパクト的な振動であってもよい。あるいは、角度偏差又は操舵輪駆動負荷が閾値を超えた場合の超過率(閾値に対する角度偏差又は操舵輪駆動負荷の割合)に応じて振動の強度(振幅や振動周期若しくは振動発生間隔)を強くするものでも良い。このようにすれば、操舵輪角度異常の発生時に角度偏差又は操舵輪駆動負荷が大きくなるに従って振動の強度が増すので、運転者は操舵手段の操作が警報の原因であることをより明確に認識できる。
・運転者への警報手段は、ブザーや警告灯、若しくは音声メッセージ出力装置によるものでもよい。音声メッセージ出力装置によれば、音声メッセージが発せられ、運転者はより明確に異常の内容と対処方法を認識することができる。
・タイヤTの操舵輪角度異常の判定は、「角度偏差」と「操舵輪駆動負荷」とを組みあわせてand条件で判断するものでもよい。また、これらの制御対象状態量が急激に変化した場合に操舵輪角度異常と判定するものでもよい。またさらに、「操舵輪実角度」の変化量に比較して「角度偏差」又は「操舵輪駆動負荷」が急激に変化した場合に操舵輪角度異常と判定してもよい。これら判定方法によれば、より適確に操舵輪角度異常を判定できる。
【0042】
次に、前記各実施形態から把握できる請求項に記載した発明以外の技術的思想について、それらの効果とともに以下記載する。
(イ)請求項5記載の車両の操舵システム制御方法において、前記操舵手段の操作量に対応する前記操舵輪の目標角度を演算し、該目標角度と操舵輪の実角度との偏差に基づいて操舵輪角度異常を判定することを特徴とする操舵システム制御方法。これにより請求項2に記載の発明と同様の作用効果がある。
(ロ)請求項5記載の車両の操舵システム制御方法において、前記操舵輪を操舵する際の駆動負荷を検出し、該検出した駆動負荷に基づいて操舵輪角度異常を判定することを特徴とする操舵システム制御方法。これにより請求項3に記載の発明と同様の作用効果がある。
(ハ)請求項5又は上記(イ)若しくは(ロ)のいずれかに記載の車両の操舵システム制御方法において、前記操舵手段に連結され、運転者に操舵時の手応え感を与えるための反力発生手段によって前記操舵手段を振動させることにより運転者に警報を発することを特徴とする操舵システム制御方法。これにより請求項4に記載の発明と同様の作用効果がある。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1又は請求項5に記載の発明によれば、操舵輪を操舵手段の操作量に応じた向きに制御できない操舵輪角度異常が発生した際に運転者に警報を発するので、運転者がさらに操舵手段を切り込むことを防ぐとともに、操舵手段の戻し操作を促すことができる。これにより、大容量のアクチュエータを備える必要が無い反力発生手段とすることができ、操舵制御システムの小型軽量化及び低コスト化が可能となる。
【0044】
また、請求項2に記載の発明によれば、操舵手段の操作量に対応する操舵輪の理想的な角度(目標角度)と操舵輪の実角度との偏差によって操舵輪角度異常を検出することができるので、異常判定を容易かつ確実に行うことができる。
【0045】
また、請求項3に記載の発明によれば、操舵輪を駆動するための駆動負荷によって操舵輪角度異常を検出することができるので、異常判定を容易かつ確実に行うことができる。
【0046】
また、請求項4に記載の発明によれば、操舵手段に連結された反力発生手段によって操舵手段を振動させることにより運転者に警報を発するので、警報を発するための特別な装置を備える必要がなく、運転者に対して確実に警報を伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のステアバイワイヤシステムの全体構成を示す概略図。
【図2】操舵輪制御回路30の構成を示す概略図。
【図3】(A)及び(B)はタイヤTが障害物に当たった状態を示す説明図。
【図4】第一実施形態における操舵ハンドル回転角度に対する各状態量の関係を示した図。
【図5】第一実施形態における異常判定及び警報発生/解除の手順を示したフローチャート。
【図6】第二実施形態における操舵ハンドル回転角度に対する各状態量の関係を示した図。
【図7】第二実施形態における異常判定及び警報発生/解除の手順を示したフローチャート。
【符号の説明】
100・・・ステアリングホイール部
10・・・ステアリングホイール
11・・・回転軸
12・・・反力付与モータ
13・・・弾性機構
14・・・操舵角センサ(操作量検出手段)
15・・・トルクセンサ
16・・・センサ情報処理部
110・・・CPU(操舵輪角度異常検出手段、負荷検出手段)
200・・・反力モータ駆動制御部(反力モータ12とともに警報手段、反力発生手段を構成する)
20・・・反力モータ制御回路
21・・・反力モータ駆動回路
300・・・操舵輪駆動制御部
30・・・操舵輪制御回路(操舵輪制御手段)
31・・・操舵輪駆動回路
32・・・操舵輪角度検出回路
400・・・舵取機構(操舵輪駆動回路31とともに操舵輪駆動手段を構成する)
40・・・モータ部
41・・・ステータ
42・・・モータシャフト
43・・・角度検出器(操舵輪角度検出回路32とともに操舵輪角度検出手段を構成する)
44・・・ボールねじ機構
45・・・シャフト
T・・・タイヤ
G・・・溝
R・・・縁石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a steering control system for a vehicle that controls the direction of a steered wheel according to an operation amount of a steering device operated by a driver of the vehicle, and particularly issues a warning when an abnormality occurs in control of the direction of a steered wheel. The present invention relates to a vehicle steering control device and a vehicle steering system control method.
[0002]
[Prior art]
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-142330
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a steer-by-wire system, the angle of the steering wheel and the actual direction of the steering wheel may not match when the steering wheel is fitted into a groove or hits a curb. That is, in the conventional steering device, the steering wheel and the link mechanism for changing the direction of the steering wheel are mechanically connected, and the angle of the steering wheel always matches the actual direction of the steering wheel. However, in the steer-by-wire system, the angle of the steering wheel is only one piece of input information. Therefore, if the direction (steering angle) of the steering wheel corresponding to the angle of the steering wheel cannot be obtained, the target angle of the steering wheel and the actual steering angle A deviation occurs between the angle and the actual angle. When the vehicle is started in such a state, the vehicle travels in a direction slightly different from the direction intended by the driver.
[0005]
For this reason, when the deviation between the target angle and the actual angle of the steered wheels becomes excessive, the reaction force generation means returns the steering wheel to a position corresponding to the actual angle of the steered wheels, so that the reaction force corresponding to the deviation is returned. It is conceivable to give power. However, when the steering wheel is operated beyond the reaction force that can be generated by the reaction force generating means, the position of the steering wheel cannot be returned by the reaction force generating means. In addition, even when the driver operates the steering wheel with a large force, a large-capacity actuator is required to generate a reaction torque that can return the steering wheel to a position corresponding to the actual angle of the steered wheel. The size of the generating means increases, the weight increases, and the cost increases.
[0006]
The present invention can be a reaction force generating means that does not need to have a large-capacity actuator by issuing a warning when a deviation between the operation amount of the steering means and the actual angle of the steered wheels becomes excessive. It is another object of the present invention to provide a vehicle steering control device and a vehicle steering system control method that can reduce the size, weight, and cost of a steering control system.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the steering control system for a vehicle according to the first aspect, further comprising a steering wheel angle detecting means for detecting an actual angle of the steering wheel, wherein the abnormal steering wheel angle detecting means comprises the steering means. And detecting an abnormal steering wheel angle based on a deviation between a target angle of the steering wheel corresponding to the operation amount of the steering wheel and an actual angle of the steering wheel.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the steering control system for a vehicle according to the first aspect, further comprising a load detecting unit that detects a driving load of the steering wheel driving unit, and the steering wheel angle abnormality detecting unit includes the load detection unit. The steering wheel angle abnormality is detected based on the driving load detected by the means.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the vehicle steering control system according to any one of the first to third aspects, wherein the steering control system is connected to the steering means to provide a driver with a sense of response during steering. A force generating means is provided, and the warning means issues a warning by vibrating the steering means by the reaction force generating means.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a steering system control method for a vehicle for controlling the direction of a steered wheel according to an operation amount of a steering means, wherein a control object to be controlled when the angular position of the steered wheel is controlled. Based on the monitoring result of the state quantity, detecting a steering wheel angle abnormality that cannot control the steered wheels in a direction corresponding to the operation amount of the steering means, and issuing an alarm when the steering wheel angle abnormality is detected. I do.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is embodied in a steer-by-wire system mounted on a vehicle will be described in detail with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 shows a conceptual diagram of the present embodiment. The steer-by-wire system according to the present embodiment includes a
[0014]
(Steering wheel unit 100)
The steering wheel 10 (steering means) of the
[0015]
The
[0016]
The rotating shaft 11 is provided with a
[0017]
(Reaction motor drive control unit 200)
Next, the reaction motor
The reaction force motor
[0018]
(Steering wheel drive control unit 300)
Next, the steering wheel
The steering wheel
[0019]
The steering
[0020]
FIG. 2 shows the configuration of the steered
As shown in FIG. 1, the steering
[0021]
(Steering mechanism 400)
Next, the
The
[0022]
Although the basic configuration of the present embodiment is the same as that of the conventional one, the present invention provides a steering wheel angle abnormality indicating that the tire T cannot be controlled to the target angle, such as when the tire T is taken in a groove. It is characterized by the processing when the error occurs. Hereinafter, this problem will be described, and the problem solving means according to the present embodiment will be described.
[0023]
The solid line in FIG. 3A shows a state where the tire T is fitted in the groove G. In FIG. 3A, the upper part of the drawing corresponds to the front part of the vehicle. When the driver turns the
[0024]
FIG. 4 shows “steering wheel rotation angle” and “steering” when the tire T hits an obstacle (for example, groove G or curb R) and cannot be steered while the driver operates the
[0025]
The vertical axis shows these state quantities, and the horizontal axis shows time. Hereinafter, the phenomenon will be described for each time domain.
(Time t0 to t1)
t0 is a time when the driver starts operating the steering wheel, and t1 is a time when the tire T hits an obstacle. During the period from t0 to t1, the “steering wheel rotation angle” changes due to the operation of the steering wheel, and accordingly, the “steering wheel actual angle” follows by the processing of the steering wheel
[0026]
(Time t1 to t2)
t2 is a time when the “angle deviation” exceeds a predetermined threshold S1. Since the tire T hits an obstacle at the time t1, the time period from the time t1 to the time t2 is a time zone in which the
[0027]
(Time t2 to t3)
When the “angle deviation” exceeds the predetermined threshold value S1 at time t2, it is determined (detected) that the steering wheel angle abnormality of the tire T has occurred in the processing of the steering
[0028]
When the driver notices an abnormality, the driver starts to return the
(Time t3 to t4)
Time t4 is a time at which the “angle deviation” falls below a predetermined threshold value S1 due to the returning operation of the
[0029]
(Time t4 to t5)
Time t5 is the time when the driver finishes returning the
[0030]
FIG. 5 shows a flowchart of a process related to the determination of an abnormal steering wheel angle and the generation / cancellation of an alarm performed as a process of the
[0031]
In the process of step S100, it is determined whether an alarm is being generated. If the alarm is not occurring, the process of step S130 is executed. In step S130, it is determined whether or not the angle deviation is equal to or greater than threshold value S1. If the angle deviation is equal to or larger than the threshold value S1, an instruction to generate an alarm is issued to the reaction force motor
[0032]
Thus, in the present embodiment, the “steering wheel control means” in the claims corresponds to the steering
[0033]
As described above, the steering control system according to the present embodiment has the following effects.
(1) If the direction of the tire T cannot be changed to an angle corresponding to the rotation angle (operation amount) of the
[0034]
(2) An abnormal steering wheel angle can be detected based on an angular deviation between an ideal angle (target angle) of the steering wheel calculated from the steering wheel angle data obtained from the sensor
[0035]
(3) The warning to the driver is made by the minute vibration of the torque generated by the
[0036]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the abnormality determination of the steering wheel angle in the first embodiment is performed based on the driving load at the time of driving the steering wheel. In other respects, the configuration is the same as that of the first embodiment. It has become. Therefore, only the difference will be described below, and the same parts as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and redundant description will be omitted.
[0037]
FIG. 6 is a graph in which “angle deviation” is replaced with “steering wheel drive load” in the graph showing the change of the state quantity shown in FIG. The “steering wheel driving load” is a load for driving the
[0038]
The steering wheel driving load corresponds to a driving load of a steering wheel driving unit. The drive load corresponds to a control target state quantity to be controlled.
At times t0 to t1, a drive current is supplied to the
[0039]
FIG. 7 shows a flowchart of the processing related to the determination of the abnormal steering wheel angle and the generation / release of the alarm performed in this process. In the flowchart of FIG. 5, the
[0040]
Therefore, according to the present embodiment, an abnormality in the steering wheel angle is detected based on the driving load, and a warning is issued to the driver, so that the same effects as in the above (1) and (3) are obtained. In addition, since a steering wheel angle abnormality can be detected based on a driving load for driving the steering wheel, the abnormality determination can be easily and reliably performed. Furthermore, since the alarm is released earlier when the driver starts to return the
[0041]
The above embodiments can be modified and implemented in the following different forms.
The control target state quantity to be monitored for detecting the abnormal steering wheel angle is not limited to the angular deviation and the steering wheel drive load, but may be the load of the reaction force generating means (reaction motor output torque). . Since the load on the reaction force generating means increases in accordance with the difference between the target angle corresponding to the steering wheel rotation angle and the actual steering wheel angle, for example, a predetermined ratio (preferably, a continuous maximum torque that can be output by the reaction force motor) (80% to 95%), the steering wheel angle abnormality may be detected when the threshold value is exceeded. This modified example also has the same effects as the above (1) and (3). Further, the modified example and the invention described in claim 4 may be implemented in combination.
The vibration of the steering means by the reaction force generating means as a warning is not limited to continuous vibration, but may be intermittent vibration. Also, impact-like vibrations generated at predetermined time intervals may be used. Alternatively, the strength of vibration (amplitude, vibration cycle, or vibration generation interval) is increased in accordance with the angle deviation or the excess rate when the steering wheel drive load exceeds the threshold (the angle deviation or the ratio of the steering wheel drive load to the threshold). It may be something. In this way, when the steering wheel angle abnormality occurs, the vibration intensity increases as the angle deviation or the steering wheel driving load increases, so the driver can more clearly recognize that the operation of the steering means is the cause of the alarm. it can.
The warning means for the driver may be a buzzer, a warning light, or a voice message output device. According to the voice message output device, a voice message is issued, and the driver can more clearly recognize the content of the abnormality and the coping method.
The determination of the steering wheel angle abnormality of the tire T may be a determination based on the and condition by combining the “angle deviation” and the “steering wheel driving load”. Further, it may be determined that the steering wheel angle is abnormal when the state quantities to be controlled suddenly change. Furthermore, when the “angle deviation” or the “steering wheel driving load” changes abruptly as compared with the change amount of the “actual steering wheel angle”, it may be determined that the steering wheel angle is abnormal. According to these determination methods, the steering wheel angle abnormality can be determined more accurately.
[0042]
Next, technical ideas other than the inventions described in the claims, which can be understood from the above embodiments, will be described below together with their effects.
(A) In the vehicle steering system control method according to claim 5, a target angle of the steered wheels corresponding to an operation amount of the steering means is calculated, and based on a deviation between the target angle and an actual angle of the steered wheels. A steering system control method, comprising: determining a steering wheel angle abnormality. This has the same effect as the second aspect of the invention.
(B) The method for controlling a vehicle steering system according to claim 5, wherein a driving load at the time of steering the steering wheel is detected, and a steering wheel angle abnormality is determined based on the detected driving load. Steering system control method. This has the same function and effect as the third aspect of the invention.
(C) In the vehicle steering system control method according to any one of (5) or (A) or (B), a reaction force coupled to the steering means for giving a driver a feeling of steering response. A steering system control method, wherein a warning is issued to a driver by vibrating the steering means by a generation means. This has the same effect as the fourth aspect of the invention.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the first or fifth aspect of the present invention, a warning is issued to a driver when a steering wheel angle abnormality occurs in which a steering wheel cannot be controlled in a direction corresponding to the operation amount of the steering means. Since it emits, it is possible to prevent the driver from further cutting the steering means and to prompt the returning operation of the steering means. Thus, it is possible to provide a reaction force generating means that does not need to include a large-capacity actuator, and it is possible to reduce the size, weight, and cost of the steering control system.
[0044]
According to the second aspect of the present invention, the abnormality of the steering wheel angle is detected based on the deviation between the ideal angle (target angle) of the steering wheel corresponding to the operation amount of the steering means and the actual angle of the steering wheel. Therefore, the abnormality determination can be performed easily and reliably.
[0045]
According to the third aspect of the present invention, a steering wheel angle abnormality can be detected by a driving load for driving a steering wheel, so that abnormality determination can be performed easily and reliably.
[0046]
According to the fourth aspect of the present invention, a warning is issued to the driver by vibrating the steering means by the reaction force generating means connected to the steering means. Therefore, it is necessary to provide a special device for issuing a warning. Therefore, an alarm can be reliably transmitted to the driver.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a steer-by-wire system according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a steering
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams showing a state in which a tire T has hit an obstacle.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between each state quantity and a steering wheel rotation angle in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of abnormality determination and alarm generation / cancellation in the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between each state quantity and a steering wheel rotation angle in the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of abnormality determination and alarm generation / cancellation in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
100 ... steering wheel
10 ・ ・ ・ Steering wheel
11 ... Rotary axis
12 ... Reaction force imparting motor
13 ・ ・ ・ Elastic mechanism
14... Steering angle sensor (operation amount detection means)
15 ... Torque sensor
16 ... Sensor information processing unit
110... CPU (steering wheel angle abnormality detecting means, load detecting means)
200: reaction force motor drive control unit (constitutes alarm means and reaction force generation means with reaction force motor 12)
20 ... Reaction force motor control circuit
21 ... Reaction motor drive circuit
300: Steering wheel drive control unit
30 ... steering wheel control circuit (steering wheel control means)
31 ... steering wheel drive circuit
32 ... steering wheel angle detection circuit
400... Steering mechanism (constitutes steering wheel drive means with steering wheel drive circuit 31)
40 ・ ・ ・ Motor part
41 ・ ・ ・ Stator
42 ・ ・ ・ Motor shaft
43 ··· Angle detector (constitutes steering wheel angle detection means with steering wheel angle detection circuit 32)
44 ・ ・ ・ Ball screw mechanism
45 ... shaft
T: tire
G: groove
R: curb
Claims (5)
前記操舵輪制御手段で制御対象となる制御対象状態量の監視結果に基づいて、前記操舵輪を前記操舵手段の操作量に応じた向きに制御できない操舵輪角度異常を検出する操舵輪角度異常検出手段と、
前記操舵輪角度異常検出手段により操舵輪角度異常を検出したときに警報を発する警報手段と
を備えたことを特徴とする車両の操舵制御システム。Operation amount detection means for detecting the operation amount of the steering means, steering wheel drive means for driving and changing the direction of the steered wheels, and instructing the steering wheel drive means in accordance with the operation amount of the steering means, Steering wheel control means for controlling the direction of the vehicle, the steering control system of the vehicle comprising:
Steering wheel angle abnormality detection for detecting a steering wheel angle abnormality in which the steering wheel cannot be controlled in a direction corresponding to the operation amount of the steering means based on a monitoring result of a control target state quantity to be controlled by the steering wheel control means. Means,
And a warning means for issuing a warning when the steering wheel angle abnormality is detected by the steering wheel angle abnormality detecting means.
前記操舵輪の実角度を検出する操舵輪角度検出手段を備え、
前記操舵輪角度異常検出手段は前記操舵手段の操作量に対応する前記操舵輪の目標角度と前記操舵輪の実角度との偏差に基づいて操舵輪角度異常を検出することを特徴とする操舵制御システム。The vehicle steering control system according to claim 1,
A steering wheel angle detecting means for detecting an actual angle of the steered wheels,
The steering wheel angle abnormality detecting means detects a steering wheel angle abnormality based on a deviation between a target angle of the steered wheels corresponding to an operation amount of the steering means and an actual angle of the steered wheels. system.
前記操舵輪駆動手段の駆動負荷を検出する負荷検出手段を備え、
前記操舵輪角度異常検出手段は前記負荷検出手段により検出した駆動負荷に基づいて操舵輪角度異常を検出することを特徴とする操舵制御システム。The vehicle steering control system according to claim 1,
A load detecting unit that detects a driving load of the steering wheel driving unit,
The steering control system according to claim 1, wherein the steering wheel angle abnormality detecting means detects a steering wheel angle abnormality based on the driving load detected by the load detecting means.
前記操舵手段に連結され、運転者に操舵時の手応え感を与えるための反力発生手段を備え、
前記警報手段は前記反力発生手段によって前記操舵手段を振動させることにより警報を発することを特徴とする車両の操舵制御システム。The steering control system for a vehicle according to any one of claims 1 to 3,
A reaction force generating means coupled to the steering means for giving a driver a sense of response during steering;
The warning control means issues a warning by vibrating the steering means by the reaction force generating means.
前記操舵輪の向きを制御する際に制御対象となる制御対象状態量の監視結果に基づいて、前記操舵輪を前記操舵手段の操作量に応じた向きに制御できない操舵輪角度異常を検出し、操舵輪角度異常が検出されたときには警報を発することを特徴とする車両の操舵システム制御方法。In a vehicle steering system control method for controlling the direction of a steered wheel according to an operation amount of a steering means,
Based on the monitoring result of the control target state quantity to be controlled when controlling the direction of the steered wheels, a steering wheel angle abnormality that cannot control the steered wheels in a direction corresponding to the operation amount of the steering means is detected, A method for controlling a steering system of a vehicle, wherein an alarm is issued when a steering wheel angle abnormality is detected.
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