JP2010234841A - 車両の後輪トー角制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】舵角センサ等のセンサが失陥した場合の後輪トー角制御装置のフェールセーフアクションが、車両挙動を乱すことも、運転者に違和感を与えることもなく適切に行われるようにすること。
【解決手段】車両が旋回している状態では、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションを行わず、車両が直進走行している場合に限って後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションを行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車等の車両の後輪トー角制御装置に関し、特に、センサ失陥時のフェールセーフに関する。

自動車等の車両において、車体と左右後輪のナックル、ハブキャリア等の車輪側部材とを接続するように設けられた電動アクチュエータを有し、当該電動アクチュエータの伸縮動作により、左右の後輪のトー角を可変設定する後輪トー角制御装置が知られている（特許文献１、２参照）。

後輪トー角制御装置は、舵角センサにより検出される前輪の操舵状態や、その他のセンサにより検出される車両の走行状態、挙動に応じて左右後輪のトー角を制御することにより、後輪舵角やトーイン・トーアウトを可変設定し、旋回性能、操縦安定性の向上に寄与する。

後輪トー角制御装置は、例えば、舵角センサが失陥した場合のフェールセーフアクションとして、故障確定後に、後輪トー角を中立（トー角ゼロ）に戻す動作を行うことが考えられている。

特開平９−３０４３８号公報 特開２００８−５５９２１号公報

車両旋回中に、トー角を中立に戻すフェールセーフアクションが開始されると、旋回挙動とトー角制御動作とが重畳して車両挙動が不安定になる場合があり、そうでない場合でも運転者が違和感を感じるため、中立に戻す速度を、「十分ゆっくりな速度」に設定する必要がある。

しかし、「十分ゆっくりな速度」は、あらゆる走行状況において、安全な速度である必要があり、そのようなフェールセーフアクションとした場合には、後輪トー角を中立に戻るまでに長い時間がかかってしまい、例えば、フェールセーフアクション中に、車両を直進させようとしても、ステアリングホイールが中立位置にある状態で、直進走行することができず、ステアリングホイールの角度が中立位置よりずれたまま直進走行しなければならなくなる。このため、直進走行することに対して運転者が違和感を感じ続けることになる。

本発明が解決しようとする課題は、舵角センサ等のセンサが失陥した場合の後輪トー角制御装置のフェールセーフアクションが、車両挙動を乱すことも、運転者に違和感を与えることもなく適切に行われるようにすることである。

本発明による後輪トー角制御装置は、各種センサの信号に基づいてトー角制御の制御目標値を設定し、当該制御目標値に応じて左右後輪のトー角を可変設定する後輪トー制御装置であって、後輪トー制御に関連するセンサの失陥を判定するセンサ失陥判定手段と、前記センサ失陥判定手段によりセンサ失陥が判定された場合には、失陥していないセンサによって車両が旋回中であるかを判定する旋回判定手段と、前記センサ失陥判定手段によりセンサ失陥が判定され、且つ前記旋回判定手段によって旋回中であると判定された場合には、トー角制御の制御目標値を現状値に維持し、旋回終了後にトー角制御の制御目標値を、左右後輪のトー角を中立に戻す値に設定するフェールセーフ制御手段とを有する。

本発明による後輪トー角制御装置は、好ましくは、前記センサ失陥判定手段は、後輪トー制御に関連するセンサとして、前輪の舵角を検出する舵角センサの失陥を判定し、前記旋回判定手段は、ステアリングホイール操作による操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車体のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサの少なくとも一つの出力信号より、車両が旋回中であるかを判定する。

本発明による後輪トー角制御装置によれば、車両が旋回している状態では、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションが行われず、車両が直進走行している場合に限って後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションが行われる。この場合、後輪トー角を中立に戻す速度が、ある程度速くても、車両は直進走行しているので車両挙動を乱すことがない。このようなことから、操舵角センサ等のセンサが失陥した場合の後輪トー角制御装置のフェールセーフアクションが、車両挙動を乱すことも、運転者に違和感を与えることもなく適切に行われるようになる。

本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車の一つの実施例を示す全体構成図。 本実施例による後輪トー角制御装置の制御系を示すブロック線図。 本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを示すフローチャート。

以下に、本発明による後輪トー角制御装置の実施例を、図１〜図３を参照して説明する。

まず、本発明による後輪トー角制御装置が適用される四輪自動車を、図１を参照して説明する。

本実施例の四輪自動車１は、左右の前輪４Ｌ、４Ｒと、左右の後輪６Ｌ、６Ｒとを有する。前輪４Ｌ、４Ｒは、各々、タイヤ３Ｌ、３Ｒを装着され、左右のフロントサスペンション７Ｌ、７Ｒによって車体２により懸架され、ナックル９Ｌ、９Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。後輪６Ｌ、６は、各々、タイヤ５Ｌ、５Ｒを装着され、左右のリヤサスペンション８Ｌ、８Ｒによって車体２により懸架され、ナックル２１Ｌ、２１Ｒによって車体２に対して転向自在に取り付けられている。

四輪自動車１は、ステアリングホイール１１の操舵によって左右の前輪４Ｌ、４Ｒを直接的に転舵操作する前輪操舵装置１０を備えている。前輪操舵装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されたステアリングシャフト１２と、ステアリングシャフト１２に取り付けられたピニオン１３と、ピニオン１３に噛合する歯部を有して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸１４とを有する。ラック軸１４の両端はタイロッド１５によって左右のナックル９Ｌ、９Ｒに連結されている。左右の前輪４Ｌ、４Ｒは、ステアリングホイール１１の回転操作によってラック軸１４が車幅方向に移動することにより、転舵（転向）される。

ステアリングシャフト１２には前輪４Ｌ、４Ｒの実操舵角に相当するステアリングホイール１１の回転角である操舵角を検出する操舵角センサ５１が設けられている。以降、操舵角センサ５１は、前輪実操舵角を示すセンサ信号を出力するものとする。また、ステアリングシャフト１２には運転者によるステアリングホイール１１の操作によってステアリングシャフト１２に作用するトルク、つまり操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ５３が設けられている。

四輪自動車１は、一端を車体２に連結され、他端を左側の後輪６Ｌのナックル２１Ｌに連結された左側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｌと、一端を車体２に連結され、他端を右側の後輪６Ｒのナックル２１Ｒに連結された右側のトー角制御用の電動アクチュエータ４０Ｒとを有する。左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、電動モータ（ＤＣモータ）と送りねじとにより構成され、電動モータの回転を送りねじによって直線運動に変換し、送りねじの直線運動により伸縮動作し、伸縮量に応じて左右の後輪６Ｌ、６Ｒのトー角を個別に独立して変化させる。

電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒには、電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量を検出するストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒが取り付けられている。

四輪自動車１には、車速を検出する車速センサ５４と、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ５５と、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサ５６と、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキセンサ５７と、車体２に作用する横加速度を検出する横加速度センサ（横Ｇセンサ）５８と、各々設置されている。

左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒは、後輪操舵制御装置（ＥＣＵ）１００によって制御される。後輪操舵制御装置１００は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、上述の各センサが出力するセンサ信号を取り込む入力インタフェース部２１と、制御目標トー角演算部２２と、制御偏差演算部２３と、操作量演算部２４と、駆動電流出力部２５と、出力インタフェース部２６と、故障診断部２７と、旋回判定部２８と、フェールセーフ処理部２９とを有する。

制御目標トー角演算部２２は、通常時制御として、乗員の運転操作量と車両の運動状態量、本実施例では、操舵角センサ５１により検出された前輪実操舵角、車速センサ５２により検出された車速、ヨーレイトセンサ５５により検出されたヨーレイト、アクセルセンサ５６により検出されたアクセルペダル踏込量、ブレーキセンサ５７により検出されたブレーキペダル踏込量横Ｇセンサ５８により検出された横加速度をパラメータとして、予め設定された後輪トー角制御則に従って左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御の目標値を個々に演算する。制御目標トー角演算部２２は、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角制御目標値を各々左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量に換算する。

制御偏差演算部２３は、制御目標トー角演算部２２によって演算された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御目標ストローク量と、ストロークセンサ５２Ｌ、５２Ｒより検出された電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの実ストローク量との差である制御偏差を、各電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒ毎に演算する。

操作量演算部２４は、制御偏差演算部２３で算出された左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの制御偏差が各々ゼロに近づくように、所定ゲインによる比例制御等によって電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの操作量を個々に演算する。

これにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトー角が制御目標値のトー角になる追従制御が行われる。この追従制御として、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒを相互に対称的に変位させることにより、左右後輪６Ｌ、６Ｒのトーイン／トーアウトを、適宜な条件の下に自由に選択設定することができる。この他、左右の電動アクチュエータ４０Ｌ、４０Ｒの一方を伸ばして他方を縮めれば、左右後輪６Ｌ、６Ｒを左右に転舵することも可能である。具体例として、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時には後輪６Ｌ、６Ｒをトーアウトに、制動時には後輪６Ｌ、６Ｒをトーインに変化させ、また高速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と同相に、低速走行旋回時には後輪６Ｌ、６Ｒを前輪舵角と逆相にトー角制御（転舵）して、操縦性を高める後輪トー角制御を行うことができる。

故障診断部２７は、センサ失陥判定手段をなし、入力インタフェース部２１にセンサ信号を送って後輪トー制御に関連するセンサ、例えば、前輪４Ｌ、４Ｒの舵角を検出する操舵角センサ５１の故障診断を所定の故障診断アルゴリズムに従って行い、操舵角センサ５１の失陥を判定する。

旋回判定部２８は、故障診断部２７によって操舵角センサ５１の失陥が判定された場合に起動され、失陥していない車載のセンサによって車両が旋回中であるかを判定する。車両旋回中であることを判定するセンサとしては、本実施例では、操舵トルクセンサ５３、ヨーレイトセンサ５５、横Ｇセンサ５８が挙げられる。この場合の旋回判定は、センサ出力の絶対値がセンサの種類により決まる閾値を超えているか否かの判定により行うことができる。

フェールセーフ処理部２９は、フェールセーフ制御手段であり、操舵角センサ５１の失陥が判定され、且つ旋回判定部２８によって旋回中であると判定された場合には、トー角制御の制御目標値を現状値に維持し、旋回終了後にトー角制御の制御目標値を、左右後輪のトー角を中立に戻す値に設定する指示を制御目標トー角演算部２２に出力する。

これにより、操舵角センサ５１の失陥が判定されても、車両が旋回している状態では、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションが行われず、後輪トー角が現状維持される。その後、車両が直進走行状態になれば、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションが行われる。

フェールセーフアクションは、車両が直進走行して場合に限って行われるので、後輪トー角を中立に戻す速度が、ある程度速くても、車両挙動を乱すことがない。このようなことから、操舵角センサ５１が失陥した場合の後輪トー角制御装置のフェールセーフアクションが、車両挙動を乱すことも、運転者に違和感を与えることもなく適切に行われるようになる。

本実施例による後輪トー角制御装置の処理ルーチンを、図３を参照して説明する。当該処理ルーチンは、所定時間毎の割り込みルーチンとして呼び出される。

まず、各センサよりセンサ信号を入力する（ステップＳ１１）。

つぎに、操舵角センサ５１の故障診断を行い、操舵角センサ５１が失陥しているか否の判別を行う（ステップＳ１２）。操舵角センサ５１が失陥していなければ、予め設定された後輪トー角制御則に従って通常のトー角制御処理を行う（ステップＳ１３）。

操舵角センサ５１が失陥していれば、つぎに、車両旋回中であるか否かの判別を行う（ステップＳ１４）。車両旋回中であるか否かの判別は、失陥していない車載センサで、車両旋回中であることを判定できるセンサである操舵トルクセンサ５３、ヨーレイトセンサ５５、あるいは横Ｇセンサ５８の出力値と閾値との比較により行うことができる。

車両旋回中であれば、後輪トー角を現状維持し、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションを行わない（ステップＳ１５）。

これに対し、車両旋回中でない場合あるいは車両旋回が終了して直進走行になれば、後輪トー角を中立に戻すフェールセーフアクションを行う（ステップＳ１６）。

６Ｌ、６Ｒ 左右後輪
２２ 制御目標トー角演算部
２３ 制御偏差演算部
２４ 操作量演算部
２７ 故障診断部
２８ 旋回判定部
２９ フェール処理部
４０Ｌ、４０Ｒ 電動アクチュエータ
５１ 操舵角センサ５１
５２Ｌ、５２Ｒ ストロークセンサ
５３ 操舵トルクセンサ
５４ 車速センサ
５５ ヨーレイトセンサ
５６ アクセルセンサ
５７ ブレーキセンサ
５８ 横加速度センサ（横Ｇセンサ）
１００ 後輪操舵制御装置

Claims (2)

1. 各種センサの信号に基づいてトー角制御の制御目標値を設定し、当該制御目標値に応じて左右後輪のトー角を可変設定する後輪トー制御装置であって、
   後輪トー制御に関連するセンサの失陥を判定するセンサ失陥判定手段と、
   前記センサ失陥判定手段によりセンサ失陥が判定された場合には、失陥していないセンサによって車両が旋回中であるかを判定する旋回判定手段と、
   前記センサ失陥判定手段によりセンサ失陥が判定され、且つ前記旋回判定手段によって旋回中であると判定された場合には、トー角制御の制御目標値を現状値に維持し、旋回終了後にトー角制御の制御目標値を、左右後輪のトー角を中立に戻す値に設定するフェールセーフ制御手段と、
   を有する後輪トー角制御装置。
2. 前記センサ失陥判定手段は、後輪トー制御に関連するセンサとして、前輪の舵角を検出する舵角センサの失陥を判定し、
   前記旋回判定手段は、ステアリングホイール操作による操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、車体のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、車体に作用する横加速度を検出する横加速度センサの少なくとも一つの出力信号より、車両が旋回中であるかを判定する請求項１記載の後輪トー角制御装置。

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