JP2010064682A

JP2010064682A - 車両用操舵制御装置

Info

Publication number: JP2010064682A
Application number: JP2008234798A
Authority: JP
Inventors: Akinobu Sugiyama; 昭暢杉山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-12
Also published as: JP5054644B2

Abstract

【課題】イグニッションオフ時の操舵によらず，早期に操舵角の異常を検出する車両用操舵制御装置を提供する。
【解決手段】この発明の車両用操舵制御装置は，操舵角を検出する操舵角検出手段１０と，操舵補助用モータ７の回転角を検出するモータ角検出手段１７と，ＩＧオン時にモータに駆動指示を出すモータ駆動指示手段１５と，モータ駆動指示手段によりモータを駆動している間のモータ角検出手段の出力に基づき，操舵角速度を推定する操舵角速度推定手段１８と，駆動指示によりモータを駆動している間の操舵角検出手段の出力に基づき，操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段１６と，操舵角速度検出手段の出力及び操舵角速度推定手段の出力との偏差の絶対値を出力する偏差演算手段１９と，駆動指示によりモータを駆動している間に偏差演算手段の出力が所定の閾値以上の場合に操舵角検出手段の異常を検出する操舵角異常検出手段２０とを備えたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は，操舵角センサの異常を検出する車両用操舵制御装置に関するものである。

車両の横滑り防止装置には，操舵角センサが用いられており，運転者の操舵状態を操舵角から演算し操舵角に応じた車両挙動になるよう各車輪の制動力を制御している。

このように操舵角は車両挙動を制御するため非常に重要な役割を担っており，操舵角センサに異常をきたした場合には正常な制御が行えなくなる問題がある。このため操舵角センサの異常を検出する手段が提案されている。

例えば特許文献１には，操舵角センサから得られる絶対操舵角と運転者の操舵を補助するトルクを発生させるモータ（操舵補助用モータ）の回転角から得られる相対操舵角の差が閾値を超えた場合に操舵角センサの異常を検出する操舵角の異常検出装置が開示されている。

また，特許文献２には，操舵角センサと安価な位置検出センサの変化量から操舵角の異常を判定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2002-104211号公報 WO2005/105550公報

しかしながら，上記特許文献１では，操舵補助用モータの回転角から相対操舵角を推定しているが，操舵補助用モータの回転角だけでは相対角しか得られないため，実際に操舵角を得るためには，初期値や前回値，操舵補助用モータの周回数などの情報が必要となる。しかし，車両のイグニッションオフ時にハンドルを回された場合では，前回値や周回数などは不定となるため，モータ回転角からは正しい操舵角が得られない課題があった。

また，上記特許文献２では，操舵角センサと安価な位置検出センサの変化量から操舵角の異常を判定するため，ハンドルや操舵補助用モータが回転して初めて操舵角の異常を判定する。しかし，操舵補助用モータが回転しない状態では，早期異常検出ができないという課題があった。

この発明は，上述した課題を解決するためになされたもので，車両のイグニッションオフ時の操舵によらず，早期に操舵角の異常を検出する車両用操舵制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明の車両用操舵制御装置は，ステアリング軸の操舵角を検出する操舵角検出手段と，運転者の操舵を補助するトルクを発生させるモータと，上記モータの回転角を検出するモータ角検出手段と，ＩＧオン時に上記モータに駆動指示を出すモータ駆動指示手段と，上記モータ駆動指示手段により上記モータを駆動している間の上記モータ角検出手段の出力から，操舵角速度を推定する操舵角速度推定手段と，上記駆動指示により上記モータを駆動している間の上記操舵角検出手段の出力に基づき，操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と，上記操舵角速度検出手段の出力及び上記操舵角速度推定手段の出力との偏差の絶対値を出力する偏差演算手段と，上記駆動指示により上記モータを駆動している間に上記偏差演算手段の出力が所定の閾値以上の場合に上記操舵角検出手段の異常を検出する角異常検出手段とを備えたものである。

この発明によれば，車両のイグニッションオフの状態によらず，早期に操舵角の異常を検出することが可能となり，車両用操舵制御装置の安全性を高めることができる。

実施の形態１．
以下，この発明の実施の形態１にかかる車両用操舵制御装置の構成について，図１に基づいて説明する。
図１はこの発明に係る代表的な車両用操舵制御装置の全体構成を示す図である。操舵制御用ＥＣＵ５は，運転者による操舵トルク２に応じたアシストトルク３を発生させることと，ステアリング軸の操舵角（絶対角）を検出する操舵角検出手段１０の異常を検出することを主な機能とする。

ここで，操舵制御用ＥＣＵ５の機能のうち，アシストトルクを発生させる部分について，簡単に説明する。運転者がハンドル１を切った時の操舵トルク２を操舵トルク検出手段４で測定し，操舵制御用ＥＣＵ５に操舵トルク検出信号６として送られる。操舵制御用ＥＣＵ５は操舵補助用モータ７の状態量である，モータ電流８およびモータ角検出信号９と操舵トルク検出信号６よりアシストトルク３を発生させるためモータ電流８を制御する。

次に，操舵制御用ＥＣＵ５の機能のうち，操舵角検出手段１０の異常検出機能を図２に基づいて説明する。ＩＧ状態検出手段１４はＩＧ（イグニッション）信号１３から車両のイグニッションがオンに立ち上がったか，オフにたち下がったかを検出するものであり，モータ駆動指示手段１５は，ＩＧ状態検出手段１４がＩＧオンを検出してから一定時間モータ７を駆動する駆動指示を出力する。操舵角速度検出手段１６は操舵角検出信号１１から操舵角速度を検出し，操舵角速度推定手段１８は操舵補助用モータ７の回転角を検出するモータ角検出手段１７の出力に基づき操舵角速度を推定する。偏差演算手段１９は操舵角速度検出手段１６の出力と操舵角速度推定手段１８の出力の偏差を演算し，絶対値を出力する。操舵角異常検出手段２０は，ＩＧ状態検出手段１４の出力を受け，ＩＧがオンに立ち上がった時の偏差演算手段１９の出力がある閾値以上あれば操舵角が異常であることを示す操舵角異常信号１２を出力する。

ここで，操舵角速度検出手段１６，操舵角速度推定手段１８について説明する。一般的に，車両用操舵制御装置で使用されるモータ角センサは相対角のみを計測できるものであり，絶対角を計測できるものではない。また，操舵補助用モータ７は減速ギアを介して，ステアリング軸に取り付けられており，ハンドル１が１回転する間にモータ７は十数回転するため，単純にモータ角の現在値を見るだけでは，モータ角から，操舵角が推定できない。基準位置からの周回数や角などがわかれば，モータ角から操舵角を推定でき，操舵角検出信号１１と偏差演算することで操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。しかし，ＩＧオフ時にハンドルを回されたときなど，モータ７の基準位置からの周回数が不定となる場合は，モータ角から操舵角が正しく推定できなくなり，操舵角速度検出手段１６の異常を誤検出することがある。そこで，操舵角検出信号１１とモータ角検出信号９から操舵角速度を検出，推定し，偏差を比較することで，ＩＧオフ時の状態に関わらず操舵角検出手段１０の異常を検出できる。
なお、操舵角速度推定手段１８は，モータ角検出信号９を時間微分し，操舵補助用モータ７の減速ギア比で除することで操舵角速度を推定することが可能である。また，モータ角検出信号９の時間微分に替えて，モータ角検出信号９をハイパスフィルタに通した信号を操舵補助用モータ７の減速ギア比で除することで操舵角速度を推定することも可能である。

次にモータ駆動指示手段１５について説明する。角速度を比較し，操舵角の異常を検出する場合，ある程度の角速度を発生させる必要がある。運転者の操舵によって操舵角速度を発生させる場合，運転者が操舵するまでは操舵角速度が発生しないため，直進状態のまま車速を上げてから操舵すると，不安定になりやすい高速状態で初めて操舵角検出手段１０の異常を検出することになり，異常発見が遅れる。ＩＧオン時にモータ駆動指示手段１５によってモータ７を強制駆動させ操舵角速度を発生させることで，車両が動き出す前の早期に操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。

次に操舵角異常検出手段２０について，図３に基づいて説明する。操舵角異常検出手段２０は，ＩＧ状態検出手段１４の出力から，ＩＧオンの立ち上がり信号を取得したときに，偏差演算手段１９からの偏差演算信号と閾値設定器２１による閾値αとの比較を比較手段２２により行い，閾値αよりも偏差演算信号のほうが大きい場合に操舵角異常信号１２を出力する。
操舵角異常信号１２を出力することで操舵角を利用する横滑り防止装置などの装置停止やフェール判定を早期に実施することができる。

次に，前記構成の操舵制御用ＥＣＵ５の操舵角異常検出動作について，図４のフローチャートに基づいて説明する。なお，本発明の従来の技術と異なる点は，操舵角異常検出手段２０によって操舵角の異常を検出する部分であり，アシストトルク制御手段の構成は従来の電動パワーステアリング装置の構成と同じであるため，操舵角の異常を検出する部分に限って説明する。

まずステップS101で，ＩＧ状態検出手段１４からＩＧオンの立ち上がり状態を検出し，ステップS102では，モータ駆動指示手段１５によってモータ７を駆動する。
ステップS103では操舵角検出手段１０により検出された操舵角検出信号１１を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS104では，モータ角検出手段１７により検出されたモータ角検出出力を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS105では，操舵角速度検出手段１６によって，メモリに記憶された操舵角検出信号１１から操舵角速度を検出し，メモリに記憶する。
ステップS106では，操舵角速度推定手段１８によって，メモリに記憶されたモータ角検出出力から操舵角速度を推定し，メモリに記憶する。
ステップS107で，メモリに記憶された操舵角検出信号１１と操舵角速度推定手段１８の出力とに基づき，偏差演算手段１９によって偏差の絶対値を演算し，予め設定された閾値αと大きさを比較する。
ステップS108で偏差演算手段１９の出力が閾値α以上であると判定した場合は，ステップS109で，操舵角の異常であると判定し，操舵角異常信号１２を出力する。

以上のようにこの発明の実施の形態１によれば，ＩＧオン時にモータ７を強制駆動し，操舵角とモータ角から角速度を求めて比較することでＩＧオフの状態によらず，早期に操舵角検出手段１０の異常を検出できる。

なお，上記実施の形態１では，モータ駆動指示手段１５はＩＧ状態検出手段１４の立ち上がり時にモータ７を駆動するとしていたが，ＩＧオンの立ち上がり時から一定時間モータ７を駆動してもよい。また，操舵角異常検出手段２０はＩＧ状態検出手段１４の立ち上がり時に偏差演算信号と閾値αを比較していたが，ＩＧオンの立ち上がり時から一定時間比較してもよい。このようにした場合には，操舵角検出手段１０の異常をより精度よく検出することができる。

実施の形態２．
図５は，この発明の実施の形態２における車両用操舵制御装置の要部構成を示すブロック図である。図５において実施の形態１との変更箇所は，モータ駆動指示手段１５にモータ角検出手段１７の出力が入力され，操舵角速度推定手段１８の出力が操舵角異常検出手段２０にも入力されるようにしたことである。

図６は，この発明の実施の形態２における操舵角異常検出手段２０の構成を示すブロック図である。図６において，実施の形態１との変更箇所は操舵角速度推定手段１８の出力に応じて閾値設定器２１による閾値α２１を変更できるようにしたことである。

次に，前記構成の操舵制御装置の動作について，図７のフローチャートに基づいて説明する。なお，本実施の形態２ついても前記実施の形態１と同様に，操舵角の異常を検出する部分に限って説明する。

まずステップS201で，ＩＧ状態検出手段１４からＩＧオンの立ち上がり状態を検出する。
ステップS202では，モータ角検出手段１７により検出されたモータ角検出出力を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS203では，メモリに記憶されたモータ角検出出力に基づき，モータ駆動指示手段１５によってモータ７を駆動する。
ステップS204では，操舵角検出手段１０により検出された操舵角検出信号１１を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS205では，操舵角速度検出手段１６によって，メモリに記憶された操舵角検出信号１１から操舵角速度を検出し，メモリに記憶する。
ステップS206では，操舵角速度推定手段１８によって，メモリに記憶されたモータ角検出出力から操舵角速度を推定し，操舵角推定値としてメモリに記憶する。
ステップS207では，メモリに記憶された操舵角速度推定値に変換ゲインをかけて閾値αを設定する。
ステップS208では，メモリに記憶された操舵角検出信号１１と操舵角推定手段出力とに基づいて，偏差演算手段１９によって偏差の絶対値を演算し，S207で設定した閾値αと大きさを比較する。
ステップS209で偏差演算手段１９の出力が閾値α以上であると判定した場合は，ステップS210で，操舵角の異常であると判定し，操舵角異常信号１２を出力する。

以上，説明したように実施の形態２では，モータ角をモータ駆動指示手段１５に入力することで操舵補助用モータ７の強制駆動をある一定角度に制限したり，初期位置に戻すことができ，フィーリングに影響を与えずに操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。さらに，操舵角速度推定値によって閾値αを変更することで，角速度の大きさによらず精度よく操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。

なお，上記実施の形態２では，操舵角速度推定値に変換ゲインをかけて閾値αを設定するようにしていたが，操舵角速度推定値に対応したマップから閾値αを設定するようにしてもよい。マップによって設定することで，角速度に応じて細かい閾値設定が可能となる。

また，上記実施の形態２では，操舵角速度推定手段１８による操舵角速度推定値から閾値αを設定していたが，操舵角速度検出手段１６の出力から閾値αを設定するようにしてもよい。操舵角速度検出出力から閾値αを設定しても，操舵角速度推定値から閾値αを設定した場合と同等の精度で操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。

実施の形態３．
図８は，この発明の実施の形態３における車両用操舵制御装置の要部構成を示すブロック図である。図８において実施の形態１との変更箇所は，モータ駆動指示手段１５にモータ電流検出手段２３の出力が入力され，操舵トルク検出信号６の微分手段２４で微分した出力と操舵角検出信号１１とを操舵角速度検出手段１６の入力とし，操舵トルク検出信号６を操舵角異常検出手段２０に入力するようにしたことである。

図９は，この発明の実施の形態３における操舵角異常検出手段２０の構成を示すブロック図である。図９において実施の形態１との変更箇所は，操舵トルク検出信号６の出力と閾値設定器２５による閾値βを比較する比較手段２６を追加し，比較手段２２と比較手段２６の論理積をとるＡＮＤ２７から操舵角異常信号１２を出力するようにしたことである。

次に，前記構成の操舵制御装置の動作について，図９のフローチャートに基づいて説明する。なお，本実施の形態３ついても前記実施の形態１と同様に，操舵角の異常を検出する部分に限って説明する。

まずステップS301で，ＩＧ状態検出手段１４からＩＧオンの立ち上がり状態を検出する。
ステップS302では，モータ電流検出手段２３により検出されたモータ電流検出出力を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS303では，メモリに記憶されたモータ電流検出出力に基づき，モータ駆動指示手段１５によってモータ７を駆動する。
ステップS304では，操舵角検出手段１０により検出された操舵角検出信号１１を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS305では，モータ角検出手段１７により検出されたモータ角検出出力を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS306では，操舵トルク検出手段４によって検出された操舵トルク検出信号６を読み込み，メモリに記憶する。
ステップS307では，メモリに記憶された操舵トルク検出信号６を微分し，操舵トルク微分出力としてメモリに記憶する。
ステップS308では，操舵角速度検出手段１６によって，メモリに記憶された操舵角検出信号１１と操舵トルク微分出力とから操舵角速度を検出し，メモリに記憶する。
ステップS309では，操舵角速度推定手段１８によって，メモリに記憶されたモータ角検出出力から操舵角速度を推定し，操舵角推定値としてメモリに記憶する。
ステップS310では，メモリに記憶された操舵角検出信号１１と操舵角推定値とに基づいて、偏差演算手段１９によって偏差の絶対値を演算し，予め設定された閾値αと大きさを比較する。
ステップS311では，メモリに記憶された操舵トルク検出信号６と予め設定された閾値βと大きさを比較する。
ステップS312で偏差演算手段１９の出力が閾値α以上，かつ，操舵トルク検出信号６の出力が閾値β以下と判定した場合は，操舵角の異常であると判定し，ステップS313で，操舵角異常信号１２を出力する。

以上，説明したように実施の形態３では，モータ電流検出手段２３の出力をモータ駆動指示手段１５に入力することで，一定電流で駆動指示することができ，モータ７に過渡的な大電流が流れるのを防止することができる。さらに，操舵トルク検出信号６を微分手段２４で微分した操舵トルク微分出力で操舵角速度検出値を補正することで，ハンドル慣性や，運転者の保舵による操舵角検出手段１０とモータ角検出手段１７の出力ずれを補正し，精度よく操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。また，操舵トルク検出信号６が閾値β以下でのみ操舵角異常を検出するようにすることで，ハンドルが保舵などによって固定された場合での誤検出を防ぐことができる。

なお，上記実施の形態３では，微分手段２４によって操舵トルクを微分していたが，操舵トルクをハイパスフィルタにて微分してもよい。ハイパスフィルタにすることで，高周波ノイズの影響を低減して微分処理を行うことができる。

また，上記実施の形態３では，予め閾値αを設定していたが，実施の形態２と同様に操舵角速度推定値や操舵角速度検出値から閾値αを設定してもよい。角速度の大きさに応じて閾値αを設定することで，角速度の大きさによらず精度よく操舵角検出手段１０の異常を検出することができる。

以上，この発明の実施の形態を説明したが，これらはあくまで例示にすぎず，この発明はこれらに限定されるものではなく，特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて，当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

この発明の実施の形態１に係る車両用操舵制御装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の要部構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１における操舵角異常検出手段の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による車両用操舵制御装置の操舵角異常検出動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２による車両用操舵制御装置の要部構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２における操舵角異常検出手段の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による車両用操舵制御装置の操舵角異常検出動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３による車両用操舵制御装置の要部構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３における操舵角異常検出手段の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態３による車両用操舵制御装置の操舵角異常検出動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ハンドル，２…操舵トルク，３…アシストトルク，４…操舵トルク検出手段，５…車操舵制御用ＥＣＵ，６…操舵トルク検出信号，７…モータ，８…モータ電流，９…モータ角検出信号，１０…操舵角検出手段，１１…操舵角検出信号，１２…操舵角異常信号，１３…ＩＧ信号，１４…ＩＧ状態検出手段，１５…モータ駆動指示手段，１６…操舵角速度検出手段，１７…モータ角検出手段，１８…操舵角速度推定手段，１９…偏差演算手段，２０…操舵角異常検出手段，２１…閾値設定器，２２…比較手段，２３…モータ電流検出手段，２４…微分手段，２５…閾値設定器，２６…比較手段，２７…ＡＮＤ

Claims

ステアリング軸の操舵角を検出する操舵角検出手段と，
運転者の操舵を補助するトルクを発生させるモータと，
上記モータの回転角を検出するモータ角検出手段と，
ＩＧオン時に上記モータに駆動指示を出すモータ駆動指示手段と，
上記モータ駆動指示手段により上記モータを駆動している間の上記モータ角検出手段の出力から，操舵角速度を推定する操舵角速度推定手段と，
上記駆動指示により上記モータを駆動している間の上記操舵角検出手段の出力に基づき，操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と，
上記操舵角速度検出手段の出力及び上記操舵角速度推定手段の出力との偏差の絶対値を出力する偏差演算手段と，
上記駆動指示により上記モータを駆動している間に上記偏差演算手段の出力が所定の閾値以上の場合に上記操舵角検出手段の異常を検出する操舵角異常検出手段とを
備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
上記角異常検出手段は，上記操舵角速度推定手段，または，上記操舵角速度検出手段の出力に応じて閾値が変化することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵制御装置。
運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え，上記操舵角速度推定手段は，上記操舵トルク検出手段の出力微分値と上記モータ角速度検出手段の出力に基づき操舵角速度を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置。
運転者による操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え，上記操舵角異常検出手段は，上記駆動指示により上記モータを駆動している間に上記操舵トルク検出手段の出力が所定の閾値以下の場合，かつ，上記偏差演算手段の出力が所定の閾値以上ある場合に異常を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用操舵制御装置。
上記モータ駆動指示手段は，ＩＧオン時に上記モータを一定時間駆動するよう駆動指示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の車両用操舵制御装置。
上記モータ駆動指示手段は，ＩＧオン時に上記モータを一定角度回転するまで駆動指示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の車両用操舵制御装置。
上記モータ駆動指示手段は，ＩＧオン時に上記モータを一定電流で駆動するよう駆動指示することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の車両用操舵制御装置。