JP2007176457A

JP2007176457A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2007176457A
Application number: JP2005380062A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ueno; 眞之植野; Masaya Segawa; 雅也瀬川; Masayasu Azuma; 真康東
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP5034234B2

Abstract

【課題】タイロッド軸力又は車両足回りに作用する力の振動を検出し、特定の周波数範囲の振動レベルに基づき、車両の走行状態をより正確に判定できる車両制御装置の提供。
【解決手段】車輪Ａに加わる力を時系列的に検出する手段（Ｓ１，２）と、時系列的に検出した力の所定の周波数範囲の成分を濾波する濾波手段（Ｓ３）と、濾波した成分が、所定の基準値より大であるか否かにより、車両の走行状態を判定する判定手段（Ｓ５）とを備え、判定した走行状態に応じて、車両の動作を制御する車両制御装置。時系列的に検出した力（Ｓ１，２）の周波数特性を演算し（Ｓ２）、演算した周波数特性に基づき、周波数範囲及び基準値を演算する手段１と、その演算した周波数範囲及び基準値により、濾波手段（Ｓ３）が濾波する周波数範囲、及び判定手段１の基準値を更新する更新手段１とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車輪に加わる力を時系列的に検出し、検出した力の所定の周波数範囲の成分を濾波し、濾波した成分が所定の基準値より大であるか否かにより、車両の走行状態を判定し、判定した走行状態に応じて、車両を制御する車両制御装置に関するものである。

車両制御装置は、モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置、油圧により操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するパワーステアリング装置、又は操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）と車輪に繋がる転舵機構とが機械的に分離された車両用操舵装置等を制御するものである。

特許文献１には、操作部材に接続された第１操作用モータと、操作部材に接続され、第１操作用モータと特性が相違する第２操作用モータとを備え、検知された操作トルク付与条件に応じた操作トルクが操作部材に作用するように、第１操作用モータを制御し、検知された路面状態に応じた路面情報伝達トルクが操作部材に作用するように、第２操作用モータを制御し、操作部材の操作量と車輪の転舵量との比が可変とされている操舵装置が開示されている。

特許文献２には、操舵トルク信号に高速フーリエ変換を施してスペクトルデータを算出し、算出したスペクトルに基づき、ばね下共振等の異常を検出する電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００５−０５３３５７号公報特開２００４−１６１０７３号公報実開平４−８０７６３号公報

本出願人は、特願２００４−２３６６６４において、タイロッド軸力又は車両足回りに作用する力（歪み）の振動を検出し、特定の周波数範囲における振動レベルと既定値とを比較することにより、車両の走行状態（タイヤの滑り状態）を判定する車両制御装置を提案した。
しかし、実際には、タイロッド軸力の周波数特性が車両の走行状態以外の要因によっても変化する為、車両の走行状態を誤判定する虞があるという問題がある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、タイロッド軸力又は車両足回りに作用する力の振動を検出し、特定の周波数範囲の振動レベルに基づき、車両の走行状態をより正確に判定することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る車両制御装置は、車輪に加わる力を時系列的に検出する手段と、該手段が時系列的に検出した力の所定の周波数範囲の成分を濾波する濾波手段と、該濾波手段が濾波した成分が、所定の基準値より大であるか否かにより、車両の走行状態を判定する判定手段とを備え、該判定手段が判定した走行状態に応じて、車両の動作を制御する車両制御装置であって、前記力の周波数特性を演算する手段と、該手段が演算した周波数特性に基づき、前記周波数範囲及び基準値を演算する手段と、該手段が演算した周波数範囲及び基準値により、前記濾波手段が濾波する周波数範囲、及び前記判定手段の基準値を更新する更新手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る車両制御装置は、前記濾波手段が濾波する為の周波数範囲、及び前記判定手段が判定する為の基準値を入力する手段と、該手段が入力した周波数範囲及び基準値を記憶する手段とを更に備え、該手段が記憶する周波数範囲及び基準値を、前記濾波手段が濾波する周波数範囲、及び前記判定手段の基準値とするように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係る車両制御装置によれば、車輪に加わる力を時系列的に検出し、検出した力の所定の周波数範囲の成分を濾波し、濾波した成分が、所定の基準値より大であるか否かにより、車両の走行状態を判定し、判定した走行状態に応じて、車両の動作を制御し、また、検出した力の周波数特性を演算し、演算した周波数特性に基づき、周波数範囲及び基準値を演算し、演算した周波数範囲及び基準値により、濾波する周波数範囲、及び判定する基準値を更新するので、タイロッド軸力又は車両足回りに作用する力の振動を検出し、特定の周波数範囲の振動レベルに基づき、車両の走行状態をより正確に判定することができる車両制御装置を実現することができる。

第２発明に係る車両制御装置によれば、濾波する為の周波数範囲、及び判定する為の基準値を入力する手段と、その入力した周波数範囲及び基準値を記憶する手段とを更に備え、その記憶する周波数範囲及び基準値を、濾波する周波数範囲、及び判定する基準値とするので、タイロッド軸力又は車両足回りに作用する力の振動を検出し、特定の周波数範囲の振動レベルに基づき、車両の走行状態をより正確に判定することができる車両制御装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る車両制御装置の実施の形態を備えた電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵輪２７（操舵部材）と、操舵輪２７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のモータ６と、モータ６の回転を減速歯車機構１７を介してタイロッド２３，２３に伝える伝動手段２４と、モータ６の駆動回路５を制御する車両制御装置１とを備えている。

操舵輪２７には、その回転角を検出する操舵角度センサ１８が設けられ、操舵角度センサ１８が検出した操舵角度は車両制御装置１に与えられる。操舵輪２７は、入力軸２６に連結されている。
伝動手段２４は、入力軸２６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸２９と、出力軸２９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸３０とを備えている。また、連結軸３０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸３１と、ピニオン軸３１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪Ａ，Ａにタイロッド２３，２３及びナックルアーム２２，２２を介して連結されるラック軸３２とを備えている。

入力軸２６及び伝動手段２４は操舵軸２５を構成している。
タイロッド２３，２３の少なくとも一方には、車輪Ａに加わる力を、タイロッド２３に歪みを生じさせる軸力として時系列的に検出する軸力センサ（ストレンゲージ）１０が設けられ、軸力センサ１０が検出した軸力信号は、車両制御装置１に与えられる。

入力軸２６の周りには、操舵輪２７を操作することにより入力軸２６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ２１が配置されており、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づいて、車両制御装置１が駆動回路５を制御するように構成してある。
減速歯車機構１７は、モータ６の出力軸に繋がるウォームと、出力軸２９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ６の回転をウォーム及ウォームホイールから出力軸２９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵輪２７の操作による舵取り操作力を入力軸２６、トーションバー（図示せず）、出力軸２９、連結軸３０、及びピニオン軸３１を介してラック軸３２に伝達し、ラック軸３２を軸長方向へ移動させ、タイロッド２３，２３等の舵取機構を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値に基づき、車両制御装置１が駆動回路５を制御してモータ６を駆動し、モータ６の駆動力を出力軸２９に伝達することにより、舵取り操作力を補助し、舵取りの為の運転者の労力負担を軽減する。

図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、トルクセンサ２１が検出した操舵トルク値が、インタフェース２０によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵トルク値が、車両制御装置１の関数発生部１２に与えられる。関数発生部１２には、車両の走行速度を検出する車速センサ３が検出し、インタフェース４がサンプリングした車速値も与えられている。

関数発生部１２では、図中で示すように、操舵トルク値Ｔが所定の不感帯を超えると、操舵トルク値Ｔの増加に従って電流指示値Ｉが比例的に増加し、さらに操舵トルク値Ｔが所定値以上になると電流指示値Ｉが飽和するような関数が、車速値Ｖ（但しＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３…）に応じて可変的に定められている。前記関数は車速値Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３…が大となるに従って操舵トルク値Ｔに対する電流指示値Ｉの比が小となると共に、電流指示値Ｉの飽和値が小となるようになっている。関数発生部１２が定めた電流指示値Ｉは加算手段１３へ与えられる。

一方、トルクセンサ２１が検出し、インタフェース２０によりサンプリングされた操舵トルク値は、車両制御装置１の微分演算部１４へも与えられる。微分演算部１４には、車速センサ３が検出し、インタフェース４によりサンプリングされた車速値も与えられる。微分演算部１４は、操舵トルク値を微分し、微分して得た操舵トルク値に、車速値に応じて定められた係数を乗じて、微分電流値として加算手段１３へ与え、モータ６、ピニオン軸３１、ラック軸３２、及びタイロッド２３，２３、ナックルアーム２２，２２等の舵取機構（図１）の慣性補償を行う。加算手段１３は、関数発生部１２及び微分演算部１４より与えられた電流指示値及び前記微分電流値を加算し、その加算結果を減算手段１５へ与える。

操舵角度センサ１８が検出した操舵角度が、インタフェース１９によりサンプリングされ、サンプリングされた操舵角度値が、車両制御装置１内の制御部８に与えられる。
軸力センサ１０が検出した軸力信号が、インタフェース１１によりサンプリングされ、サンプリングされた軸力値が、車両制御装置１内の制御部８に与えられる。

軸力センサ１０が時系列的に検出した軸力信号は振動しており、その周波数スペクトルは、車両の走行状態によって変化する。例えば、車両がアスファルト路を安定走行しているとき、軸力信号の出力波形は図７の様になり、その周波数スペクトルは、図４（ａ）に示すように、５〜１００Ｈｚでは、比較的平坦な特性を示す。一方、低μ路（μ；摩擦係数）あるいはタイヤが滑って、車両が不安定走行しているときは、出力波形は図８の様に振動的になり、その周波数スペクトルは図４（ｂ）に示すように、全体の振動レベルが上昇すると共に、特に、１０〜５５Ｈｚの振動レベルが顕著に上昇し、２０Ｈｚ及び４５Ｈｚ付近にピークが出現する。
但し、車両が安定走行しているときにも、車両が低μ路走行又は不安定走行しているときに出現する２０Ｈｚ及び４５Ｈｚ付近のピークが僅かに出現する。

そこで、例えば、軸力信号の１０〜５５Ｈｚの周波数成分を抽出（フィルタリング、濾波）し、その振動レベルを基準値と比較することにより、車両の走行状態を判定することができる。
但し、車両のタイヤの種類及びサイズ、温度及び路面の状態（アスファルト、コンクリート、乾燥、水濡れ等）等により、車両の走行状態により振動レベルが顕著に上昇する周波数範囲、ピークの位置及び振動レベルが異なることが分かっている。

そこで、車両のタイヤの種類及びサイズ等による固有の、上記周波数範囲、ピークの位置、振動レベルの平均値及び振動レベルの基準値等の判定パラメータを、車両のタイヤの種類などの走行前に取得可能な情報に応じて補正すると共に、走行開始後の軸力センサ出力、操舵トルク出力、アシストトルク出力などの周波数特性から補正することで、車両走行状態の検出精度を高めることができる。
尚、車両のタイヤの種類など走行前に取得可能なパラメータは、入力部３３からインタフェース３４を介して入力することが可能であり、入力された判定パラメータは、制御部８を通じてメモリ（記憶する手段）９に記憶更新される。
制御部８は、車両が不安定走行中であると判定したときは、その判定結果を、警告を表示する警告部２８と、図示しない車輪の制動装置へ与え、車輪がロックしないように制御する。

減算手段１５には、操舵補助を行うモータ６に流れる電流を検出するモータ電流検出回路７が出力したモータ電流検出値も与えられている。減算手段１５は、加算手段１３の電流指示値及び微分電流値の加算結果からモータ電流検出値を減算し、その減算結果をモータ電圧演算部１６に与える。モータ電圧演算部１６は、与えられた減算結果に対してＰＩＤ演算を行い、その演算結果に基づくＰＷＭ信号をモータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５は、与えられたＰＷＭ信号によりモータ６を駆動する。
この電動パワーステアリング装置の電源は、電源スイッチ回路２を通じてバッテリーＢから与えられる。

以下に、このような構成の電動パワーステアリング装置の車両制御装置１の動作を、それを示す図３，５、６のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部８は、起動時にパラメータＴを初期化するものとする。
制御部８は、走行状態の判定制御では、先ず、軸力センサ１０が検出し、インタフェース１１によりサンプリングされた軸力値を読み込み（Ｓ１）、過去Ｎ点（Ｎ；自然数）の読込んだデータから周波数解析を行う（Ｓ２）。次いで、読込んだ軸力値を、判定パラメータである周波数範囲ｆ１〜ｆ２[Ｈｚ]（本実施の形態ではｆ１＝１０，ｆ２＝５５）の成分をディジタルのバンドパスフィルタにより抽出する（Ｓ３）。尚、本実施の形態では、バンドパスフィルタは、ソフトウェアにより構成しているが、ハードウェアにより構成しても良い。

制御部８は、次に、フィルタリングした成分（振動レベル）の移動平均（例えば２０サンプリング分）を演算し（Ｓ４）、演算した移動平均値が、低μ路走行状態判定パラメータである判定レベル（基準値）以上であるか否かを判定する（Ｓ５）。
制御部８は、演算した移動平均値が、判定レベル以上であれば（Ｓ５；ＹＥＳ）、低μ路を走行中、或いはタイヤ（車輪）が滑って、車両が不安定走行していると判定し、低μ路走行判定フラグをセットする（Ｓ６）。この後、必要なら警告部８及び制動装置へ警告信号を出力してリターンする。移動平均値が判定レベル以上でなければ（Ｓ５；ＮＯ）、ウェット路走行判定パラメータである周波数範囲ｆ３〜ｆ４[Ｈｚ]（本実施の形態ではｆ３＝１０，ｆ４＝５５）の成分を抽出し（Ｓ８）、前記と同様の処理によりウェット路かどうかを判定する（Ｓ９）。尚、図３で、砂利路等、他の走行状態を判定する処理も同様に追加しても良い。

制御部８は、演算した移動平均が、ウェット路走行判定レベル以上であれば（Ｓ９；ＹＥＳ）、ウェット路を走行中と判定し、ウェット路走行判定フラグをセットする（Ｓ１０）。この後、必要なら警告部８及び制動装置へ警告信号を出力してリターンする。移動平均値が判定レベル以上でなければ（Ｓ９；ＮＯ）、そのままリターンする。

尚、本実施の形態では、低μ路、ウェット路についての実施の形態を示したが、砂利路、氷結路などの走行状態やそのときの不安定走行状態を判定する処理も同様に追加することができる。また、本実施の形態では、軸力センサの出力を用いたが、その他、操舵トルク、アシストトルク、或いは操舵トルクとアシストトルクを足したステアリング出力トルクを用いても良い。また、本実施の形態では、軸力信号データに移動平均処理を行った例を示したが、その他、パワースペクトル密度や包絡線検波などの演算処理を行っても良い。また、本実施の形態では、タイロッド軸力を信号として利用する場合について説明したが、その他、車両足回りに作用する力、歪、操舵トルク、アシストトルクなどを利用しても良い。

制御部８は、判定パラメータの補正制御では、先ず、軸力センサ１０が検出し、インタフェース１１によりサンプリングされた軸力値を読込み（Ｓ１１）、次いで、読込んだ軸力値が、車両が安定走行中であることを確認する為の所定軸力値以下であるか否かを判定する（Ｓ１３）。
制御部８は、読込んだ軸力値が、所定軸力値以下であれば（Ｓ１３；ＹＥＳ）、操舵角度センサ１８が検出し、インタフェース１９によりサンプリングされた操舵角を読込み（Ｓ１５）、次いで、前回に読込んだ操舵角との差から操舵角速度を演算する（Ｓ１７）。

制御部８は、次に、演算した操舵角速度が、急操舵中でないことを確認する為の所定角速度以下であるか否かを判定し（Ｓ１９）、操舵角速度が所定角速度以下であれば（Ｓ１９；ＹＥＳ）、読込んだ軸力データ（Ｓ１１）を記憶し（Ｓ２１）、パラメータＴに１を加算する（Ｓ２３）。軸力値が所定軸力値以下でなければ（Ｓ１３；ＮＯ）、又は操舵角速度が所定角速度以下でなければ（Ｓ１９；ＮＯ）、記憶済実力データを消去し（Ｓ２７）、パラメータＴを０にして（Ｓ２９）リターンする。
制御部８は、次に、加算したパラメータＴが、周波数解析（Ｓ３１）に必要な軸力データの個数である所定値に達しているか否かを判定する（Ｓ２５）。この所定値は、例えば、図４に示すように、１００Ｈｚ迄の周波数スペクトルを求める場合には、２００／秒以上であれば良い。

制御部８は、パラメータＴが所定値に達していれば（Ｓ２５；ＹＥＳ）、記憶してある軸力データ（Ｓ２１）を使用して、高速フーリエ変換（ＦＴＴ）により軸力データの周波数解析を実行する（Ｓ３１）。次いで、現行の判定パラメータ類をメモリ９から読込み（Ｓ３３）、図４（ｂ）に示すような周波数解析結果に基づき、補正する為の判定パラメータを演算する（Ｓ３５）。
この際、車両が安定走行しているときにも、車両が不安定走行しているときに出現する２０Ｈｚ及び４５Ｈｚ付近のピークが僅かに出現することから、それらのピーク位置を求め、求めたピーク位置と、メモリ９に記憶されているピーク位置とのずれに応じて、補正判定パラメータである補正周波数範囲を演算する。また、この周波数範囲の振動レベルの平均値を演算し、演算した平均値と、メモリ９に記憶されている振動レベルの平均値との差に応じて、補正判定パラメータである振動レベルの補正基準値を演算する。

制御部８は、次に、演算した各補正判定パラメータ（補正周波数範囲、振動レベルの補正基準値）（Ｓ３５）が、現行の各判定パラメータ（周波数範囲、振動レベルの基準値）と等しいか否かを判定し（Ｓ３７）、等しければそのままリターンする。等しくなければ、各補正判定パラメータ（補正周波数範囲、振動レベルの補正基準値）と、現行の各判定パラメータ（周波数範囲、振動レベルの基準値）とのそれぞれの差の各絶対値が、各所定範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３９）。

制御部８は、各補正判定パラメータと、現行の各判定パラメータとのそれぞれの差の各絶対値が、各所定範囲内であれば、各補正判定パラメータ（補正周波数範囲、振動レベルの補正基準値）を各判定パラメータ（周波数範囲、振動レベルの基準値）として更新し（Ｓ４１）リターンする。各補正判定パラメータと、現行の各判定パラメータとのそれぞれの差の各絶対値の両方又は何れかが、所定範囲内でなければ、差が過大であり、補正判定パラメータに誤りがある可能性があるので、補正を実行せず、そのままリターンする。
尚、上述した実施の形態では、電動パワーステアリング装置に備わる車両制御装置について記述したが、油圧式のパワーステアリング装置、又は操舵部材と転舵機構とが機械的に分離された車両用操舵装置等に備わる車両制御装置においても、同様のことが可能であるのは言うまでもない。

本発明に係る車両制御装置の実施の形態を備えた電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。図１に示す電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。本発明に係る車両制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。本発明に係る車両制御装置の実施の形態の動作を説明する為の説明図である。本発明に係る車両制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。本発明に係る車両制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。軸力センサの出力波形を示す波形図である。軸力センサの出力波形を示す波形図である。

符号の説明

１車両制御装置、５モータ駆動回路、６モータ、８制御部、９メモリ（記憶する手段）、１０軸力センサ（検出する手段）、１２関数発生部、１３加算手段、１５減算手段、１６モータ電圧演算部、１８操舵角度センサ、２１トルクセンサ、２２ナックルアーム、２３タイロッド、２７操舵輪（操舵部材）、２８警告部、３３入力部（入力する手段）

Claims

車輪に加わる力を時系列的に検出する手段と、該手段が時系列的に検出した力の所定の周波数範囲の成分を濾波する濾波手段と、該濾波手段が濾波した成分が、所定の基準値より大であるか否かにより、車両の走行状態を判定する判定手段とを備え、該判定手段が判定した走行状態に応じて、車両の動作を制御する車両制御装置であって、
前記力の周波数特性を演算する手段と、該手段が演算した周波数特性に基づき、前記周波数範囲及び基準値を演算する手段と、該手段が演算した周波数範囲及び基準値により、前記濾波手段が濾波する周波数範囲、及び前記判定手段の基準値を更新する更新手段とを備えることを特徴とする車両制御装置。
前記濾波手段が濾波する為の周波数範囲、及び前記判定手段が判定する為の基準値を入力する手段と、該手段が入力した周波数範囲及び基準値を記憶する手段とを更に備え、該手段が記憶する周波数範囲及び基準値を、前記濾波手段が濾波する周波数範囲、及び前記判定手段の基準値とするように構成してある請求項１記載の車両制御装置。