JP2007015680A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動アクチュエータ11の駆動電流に基づいて前記ステアリング1の操舵トルクを操舵トルク推定手段2011により推定し、ステアリング1の操舵トルクをトルクセンサ14により検出し、トルクセンサ14の検出値に基づいて電動パワーアシスト手段を制御する車両用操舵制御装置であって、トルクセンサ14の検出値と操舵トルク推定手段20による推定値とを比較手段2012で比較し、その比較結果に基づきトルクセンサ14が異常と判断したときは、トルクセンサ14の検出値に代えて操舵トルク推定手段2011による推定値に基づいて電動パワーアシスト手段を制御するようにした。
【選択図】図1
Description
この装置の場合、油圧によるパワーアシスト手段を電動パワーアシスト手段とすることも可能である。
電動パワーアシスト手段と角度重畳手段を備えた操舵制御装置の場合、電動パワーアシスト手段のアシストトルクは運転者の操舵トルクから決定されるため、トルクセンサを備えているが、トルクセンサが故障した時はアシストトルクを決定できず、アシスト継続が困難になる場合がある。
により異常である場合には、サブトルクセンサに切り替えてトルクアシストを継続する手段が提案されている。(例えば、特許文献2)
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、トルクセンサの異常を早期に判断し、トルクアシストを継続することができる車両用操舵制御装置を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1である車両用操舵制御装置を示す構成図であり、運転者の操舵するステアリングの操舵角に対する車輪の転舵角を可変に制御できる角度重畳手段と、運転者の操舵トルクを補助する電動パワーアシスト手段を備えている。
図1において、運転者(図示せず)はステアリング1を操舵する。ステアリング1はステアリング軸13を介して、第1の遊星ギア機構2のキャリア203に接続されている。第1の遊星ギア機構2は、キャリア203と、このキャリア203にて支持されているプラネタリギア202a、202bと、このプラネタリギア202a、202bに噛み合っているサンギア201と、リングギア204、及びこのリングギア204を回転させるためのウオームホイール1202により構成されている。
第1の遊星ギア機構2のサンギア201と第2の遊星ギア機構3のサンギア301は、シャフト4により接続されている。
目標重畳角生成手段17は、操舵角度センサ15により検出した運転者の操舵するステアリング1の操舵角や、車速、ヨーレート、横加速度等の車両状態信号18から、角度重畳用電動アクチュエータ11の目標重畳角度1701を生成する。重畳角制御手段19は、モータ角度センサ16により検出した角度重畳用電動アクチュエータ11の回転角度が目標重畳角生成手段17によって生成した目標重畳角度1701に等しくなるように、角度重畳用電動アクチュエータ11を駆動する。
第1の遊星ギア機構2の差動特性により、運転者が操舵した操舵角と角度重畳用電動アクチュエータ11による重畳角から、シャフト4の回転角が決定される。よって、運転者が操舵した操舵角に対し、車輪の転舵角を可変に制御することができる。
目標アシスト電流生成手段20は、トルクセンサ14の検出値と車両状態信号18から得た車速の値から、パワーアシスト用電動アクチュエータ9の目標アシスト電流2001を生成する。アシスト電流制御手段21は、パワーアシスト用電動アクチュエータ9の駆動電流が目標アシスト電流2001に等しくなるように制御する。パワーアシスト用電動アクチュエータ9は、その駆動電流に対応するアシストトルクを出力し、運転者の操舵トルクをアシストする。
。比較手段2012は、メイントルクセンサ1401により検出したトルクTmainとサブトルクセンサ1402により検出したトルクTsub、及び操舵トルク推定手段2011に
より推定した推定操舵トルクTh_obsとを相互比較することにより、メイントルクセンサ
1401が正常であるか故障等による異常であるかを判断し、メイントルクセンサ1401が正常であると判断したときは、メイントルクセンサ1401の検出したトルクTmainを操舵トルクThとして目標アシスト電流演算手段2013へ出力する。メイントルクセンサ1401が異常であると判断したときは、サブトルクセンサ1402の検出したトルクTsub若しくは操舵トルク推定手段2011により演算された推定操舵トルクTh_obsを操舵トルクThとして目標アシスト電流演算手段2013へ出力する。
ステアリング1の操舵角をθh、角度重畳用電動アクチュエータ11の回転角をθmt、シ
ャフト4の回転角をθs、ピニオン軸8の転舵角をθPとすると、式1、式2の関係が成立する。
タ11の回転角θmtを制御することにより、ピニオン軸8の転舵角θp、即ち車輪の転舵
角を可変にすることができる。
、リングギア204に作用するトルクをT1rとすると、トルク伝達の関係式は式6のようになる。
ウオームホイール1202の出力トルク/ウオーム1201の出力トルク)をηpとする
。この実施の形態1ではその逆入力効率ηnは正入力効率ηpと同程度に設定しており、セルフロックしない仕様となっている。
なお、実施の形態1では、減速機構12としてウオーム歯車機構を用いているが、ウオーム歯車機構に限定するものではなく、他の減速機構であっても良いことは勿論である。
オームホイール1202の回転軸で換算した等価慣性である。αmtは角度重畳用電動アクチュエータ11の回転角θmtの2回微分である。
数に対するマップデータとして取得して用いてもよい。
尚、操舵周波数が低く、慣性項が無視できる場合は式10を用いてもよい。
クTh=Tsubとする。尚、この場合、Th=Th_obsとしてもよい。
ト電流ima_refを演算する。ステップS5において演算された、サブトルクセンサ1402の出力トルクTsubと推定操舵トルクTh_obsとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS8に進み、目標アシスト電流ima_ref=0としてアシストを停止する。
また、減速機構の伝動効率を用いて推定操舵トルクを演算するようにしているので、精度良く操舵トルクを推定することが出来る。
また、相互比較による故障判定の手法として、偏差の絶対値が閾値を越えた場合としたが、この手法に限定するものではない。
実施の形態2では、図1に示す実施の形態1のウオーム1201とウオームホイール1202で構成される減速機構12の逆入力効率(ウオーム1201の出力トルク/ウオームホイール1202の出力トルク)ηnを正入力効率(ウオームホイール1202の出力
トルク/ウオーム1201の出力トルク)ηpより小さく設定している。その結果、角度
重畳用電動アクチュエータ11の駆動電流imt=0であるとき、ウオームホイール1202からウオーム1201を回転させることができず、セルフロックする減速機構12となっている。
この場合、ウオーム1201から作用するトルクである角度重畳用電動アクチュエータ11の出力トルクTmtと、ウオームホイール1202から作用するトルク、即ちリングギア204に作用するトルクT1rとの関係により、次の2つの場合に分けることができる。
ように推定できる。
できる。
実施の形態1及び実施の形態2に係わる構成に於いては、伝達比R=θp/θh=1とは、角度重畳用電動アクチュエータ11による角度重畳がなく、角度重畳用電動アクチュエータ11の回転角θmt=0に制御した状態である。
伝達比R=θp/θh>1では、運転者のステアリング操舵角θhに対して、更に車輪が転
舵するように、角度重畳用電動アクチュエータ11による角度重畳を制御した状態である。
伝達比Rが、0<R=θp/θh<1とは、運転者のステアリング操舵角θhに対して、
車輪の転舵量が小さくなるように、角度重畳用電動アクチュエータ11による角度重畳を制御した状態である。
図4は、操舵角θhに対する操舵トルクThの関係の1例を示す説明図である。図4に示す通り、ウオームホイール駆動である領域は、操舵角θh>0からの切り戻し時の操舵ト
ルクTh>0である領域と、操舵角θh<0からの切り戻し時の操舵トルクTh<0である
領域であり、それ以外はウオーム駆動の領域となる。
図5は、操舵角θhに対する操舵トルクThの関係の他の例を示す説明図である。図5に示す通り、ウオーム駆動である領域は、操舵角θh>0からの切り戻し時の操舵トルクTh>0である領域と、操舵角θh<0からの切り戻し時の操舵トルクTh<0である領域であり、それ以外はウオームホイール駆動の領域となる。つまり、この場合は伝達比R=θp/θh>1とは逆となる。
図6に於いて、ステップS9でメイントルクセンサ1401の出力トルクTmainとサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubの偏差を演算し、その偏差の絶対値が閾値Te以下の場合は、メイントルクセンサ1401及びサブトルクセンサ1402からなるトルクセンサ14が正常であるとして、ステップS10において操舵トルクTh=Tmainとする。
メイントルクセンサ1401の出力トルクTmainとウオーム駆動時の推定操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、メイントルクセンサ1401の異常状態、またはウオームホイール駆動状態である可能性があるため、ステップS16において切り増し判定を行う。
0である場合、切り増しであると判断する。切り増しのときは、図4に示す通りウオーム駆動であるため、メイントルクセンサ1401が異常であると判断し、ステップS17に進む。ステップS17では、サブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオーム駆
動時の推定操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、ステップS18に進み、操舵トルクTh=Tsubとする。ステップS17でサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオーム駆動時の推定操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS31に進み、目標アシスト電流ima_ref=0としてアシストを停止する。
を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、メイントルクセンサ1401は正常であ
ると判断し、ステップS15において操舵トルクTh=Tmainとする。
ステップS19においてメイントルクセンサ1401の出力トルクTmainとウオームホイール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、メイントルクセンサ1401が異常であると判断し、ステップS20に進む。
時の推定操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、ステップS18に進み、操舵トルクTh=Tsubとする。
ステップS17でサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオーム駆動時の推定
操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS21に進む。
ール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、ステップS18において操舵トルクTh=Tsubとする。
ステップS21においてサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオームホイール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、目標アシスト電流ima_ref=0としてアシストを停止する。
とする。
ステップS22においてメイントルクセンサ1401の出力トルクTmainとウオームホイール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、メイントルクセンサ1401の異常状態、またはウオームホイール駆動状態である可能性があるため、ステップS24において切り増し判定を行う。
0である場合、切り増しであると判断する。切り増しのときは、図5に示す通りウオームホイール駆動であるため、メイントルクセンサ1401が異常であると判断し、ステップS25に進む。ステップS25では、サブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウ
オームホイール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値を演算し、その値が
閾値Te以下である場合は、ステップS26に進み、操舵トルクTh=Tsubとする。
ステップS25でサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオームホイール駆動
時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS31に進み、目標アシスト電流ima_ref=0としてアシストを停止する。
ップS23において操舵トルクTh=Tmainとする。
ステップS27においてメイントルクセンサ1401の出力トルクTmainとウオーム駆動時の推定操舵トルクTh_obs_pとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、メイントルクセンサ1401が異常であると判断し、ステップS28に進む。
ール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、ステップS26において操舵トルクTh=Tsubとする。
ステップS28においてサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオームホイール駆動時の推定操舵トルクTh_obs_nとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS29に進む。
時の推定操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値を演算し、その値が閾値Te以下である場合は、ステップS26に進み、操舵トルクTh=Tsubとする。
ステップS29でサブトルクセンサ1402の出力トルクTsubとウオーム駆動時の推定
操舵トルクTh_obs_Pとの偏差の絶対値が閾値Teより大きい場合は、ステップS31に進み、目標アシスト電流ima_ref=0としてアシストを停止する。
標アシスト電流電流ima_refを演算する。
更に、メイントルクセンサの検出値とサブトルクセンサの検出値を比較することで、設計変更の必要がなく、コストを抑えたままでメイントルクセンサの故障を早期に判定することができ、電動パワーアシスト手段による運転者の操舵トルクのアシストを行うことができる。
2 第1の遊星ギア機構
201 第1の遊星ギア機構2のサンギア
202a,202b 第1の遊星ギア機構2のプラネタリギア
203 第1の遊星ギア機構2のキャリア
203 第1の遊星ギア機構2のリングギア
3 第2の遊星ギア機構
301 第2の遊星ギア機構3のサンギア
302a,202b 第2の遊星ギア機構3のプラネタリギア
303 第2の遊星ギア機構3のキャリア
303 第2の遊星ギア機構3のリングギア
4 シャフト
5 ラックアンドピニオン式ステアリングギア
501 ピニオン
502 ラック
6a,6b ナックルアーム
7a,7b 車輪
8 ピニオン軸
9 パワーアシスト用電動アクチュエータ
10a ベベルギア
10b ベベルギア
11 角度重畳用電動アクチュエータ
12 減速機構
1201 ウオーム
1202 ウオームホイール
13 ステアリング軸
14 トルクセンサ
1401 メイントルクセンサ
1402 サブトルクセンサ
15 操舵角度センサ
16 モータ角度センサ
17 目標重畳角生成手段
1701 目標重畳角度
18 車両状態信号
19 重畳角制御手段
20 目標アシスト電流生成手段
2011 操舵トルク推定手段
2012 比較手段
2013 目標アシスト電流演算手段
21 アシスト電流制御手段
Claims (5)
- 運転者により操舵されるステアリングの操舵角に電動アクチュエータにより制御される角度を重畳して前記ステアリングの操舵角に対する車輪の転舵角を可変に制御する角度重畳手段と、前記電動アクチュエータの駆動電流に基づいて前記ステアリングの操舵トルクを推定する操舵トルク推定手段と、前記運転者により操舵されるステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルクセンサの検出値に基づいて制御され前記運転者の操舵トルクを補助する電動パワーアシスト手段と、前記トルクセンサの検出値と前記操舵トルク推定手段による推定値とを比較する比較手段とを備え、前記比較手段による比較結果に基づき前記トルクセンサが正常であるか異常であるかを判断し、前記異常と判断したときは、前記トルクセンサの検出値に代えて前記操舵トルク推定手段による推定値に基づいて前記電動パワーアシスト手段を制御するようにした車両用操舵制御装置。
- 運転者により操舵されるステアリングの操舵角に電動アクチュエータにより制御される角度を重畳して前記ステアリングの操舵角に対する車輪の転舵角を可変に制御する角度重畳手段と、前記電動アクチュエータの駆動電流に基づいて前記ステアリングの操舵トルクを推定する操舵トルク推定手段と、前記運転者により操舵されるステアリングの操舵トルクを検出するメイントルクセンサと、前記メイントルクセンサと同様に構成され前記操舵トルクを検出するサブトルクセンサと、前記メイントルクセンサの検出値に基づいて制御され前記操舵トルクを補助する電動パワーアシスト手段と、前記メイントルクセンサの検出値と前記サブトルクセンサの検出値及び前記操舵トルク推定手段による推定値とを比較する比較手段とを備え、前記比較手段による比較結果に基づき前記メイントルクセンサが正常であるか異常であるかを判断し、前記異常と判断したときは、前記メイントルクセンサの検出値に代えて、前記サブトルクセンサの検出値または前記操舵トルク推定手段による推定値に基づいて前記電動パワーアシスト手段を制御するようにした車両用操舵制御装置。
- 前記電動アクチュエータは、その回転軸が減速機構に連結されており、前記操舵トルク推定手段は、前記減速機構の伝達効率または前記減速機構に内在する摩擦を用いて前記操舵トルクを推定するよう構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用操舵制御装置。
- 前記電動アクチュエータは、その回転軸が逆入力効率の小さい減速機構に連結されており、前記操舵トルク推定手段は、前記減速機構の伝達効率または前記減速機構に内在する摩擦を用いて前記操舵トルクを推定するよう構成され、前記角度重畳手段は、前記操舵角から前記転舵角までの伝達比が前記電動アクチュエータの回転角を固定した場合の伝達比以外となるよう制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用操舵制御装置。
- 前記電動アクチュエータは、その回転軸が逆入力効率の小さい減速機構に連結されており、前記操舵トルク推定手段は、前記減速機構の伝達効率または前記減速機構に内在する摩擦を用いて前記操舵トルクを推定するよう構成され、前記角度重畳手段は、前記正常と判断したときは前記操舵角から前記転舵角までの伝達比が前記電動アクチュエータの回転角を固定した場合の伝達比となるよう制御し、前記異常と判断したときは前記操舵角から前記転舵角までの伝達比が前記電動アクチュエータの回転角を固定した場合の伝達比以外となるよう制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用操舵制御装置。
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