JP2013126792A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】後輪制御手段との通信の信頼性を簡易な構成で高めることができる。
【解決手段】車両用操舵装置１において、ＦＲ−ＥＣＵ２０の目標舵角算出部は、車輪の目標舵角を算出する。第１の通信線は、目標舵角算出部から目標舵角の情報が送出される。第２の通信線は、目標舵角算出部から目標舵角の情報が送出される。ＲＲ−ＥＣＵ３０の後輪制御部は、第１の通信線および第２の通信線から目標舵角の情報を取得し、目標舵角の情報にもとづいて後輪の転舵を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、後輪の転舵を制御する手段を有する車両用操舵装置に関する。

従来より、後輪の舵角をアクチュエータにより制御するシステムが知られる（特許文献１参照）。特許文献１には、目標舵角を演算する電子制御ユニットと、電子制御ユニットから入力された目標舵角情報にもとづいて後輪を操舵する後輪操舵機構とを備える。この後輪操舵機構は、目標舵角情報を受信するサーボユニット、目標舵角情報にもとづいてサーボユニットに駆動制御されるブラシレスモータと、ブラシレスモータと後輪に連結してブラシレスモータの駆動により後輪の舵角を変化させるラック軸を有する。

サーボユニットは車両の後輪側に配置され、車両前方の操舵ハンドルの操舵量を受け取って目標操舵角を演算する電子制御ユニットと通信線により通信する。特許文献１のサーボユニットは目標舵角と実舵角の偏差の情報を電子制御ユニットに送信し、電子制御ユニットは受信した偏差の前回値と今回値を比較してサーボユニットとの通信状態を監視する。

特開平０８−２４４６４４号公報

後輪制御機構は、前輪側の電子制御ユニットから目標舵角を送信される。通信線の接続不良や通信線のコンフリクトなどの外乱の影響により通信に異常があると、後輪制御機構は誤った舵角で後輪を転舵するおそれがある。特許文献１の技術においては、目標舵角と実舵角の偏差を電子制御ユニットに送信することで電子制御ユニットとサーボユニットの通信の異常を検出しているため、サーボユニットが誤った目標舵角を受け取って後輪を制御するおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、後輪制御手段との通信の信頼性を簡易な構成で高めることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両用操舵装置は、車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、目標舵角算出手段から目標舵角の情報が送出される第１の通信線と、目標舵角算出手段から目標舵角の情報が送出される第２の通信線と、第１の通信線および第２の通信線から目標舵角の情報を取得し、目標舵角の情報にもとづいて後輪の転舵を制御する後輪制御手段と、を備える。

この態様によると、２つの通信線から同じ目標舵角の情報を後輪制御手段にそれぞれ送出することで、後輪制御手段が受け取る目標舵角の情報の信頼性を高めることができる。

後輪制御手段は、第１の通信線を介して取得した第１の目標舵角の情報と、第２の通信線を介して取得した第２の目標舵角の情報と、を比較して第１の通信線または第２の通信線の異常を検出してもよい。これにより、後輪制御手段において目標舵角算出手段と後輪制御手段との通信の異常を簡易な構成で検出することができる。後輪制御手段は、第１の通信線および第２の通信線のうちいずれか一方の通信線から取得した目標舵角の情報を用いて後輪の転舵を制御してもよい。これにより一方の通信線からの情報を重用できる。

本発明によれば、後輪制御手段との通信の信頼性を簡易な構成で高めた車両用操舵装置を提供することができる。

車両用操舵装置が搭載された車両を概略的に示す図である。 車両用操舵装置の機能ブロックを示す図である。

図１は、車両用操舵装置１が搭載された車両を概略的に示す図である。この車両の車両用操舵装置１は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１０を備える。操舵ハンドル１０は、操舵入力軸１１の上端に固定されており、操舵入力軸１１の下端はＦＲアクチュエータ２１に接続されている。ＦＲアクチュエータ２１は、伝達比可変アクチュエータであってよく、電動モータであるＦＲモータ２２および減速機を有し、操舵入力軸１１の回転量（または回転角）に対して、減速機に接続された転舵出力軸１２の回転量（または回転角）を適宜変更する。

ＦＲモータ２２は、そのモータハウジングが操舵入力軸１１と一体的に接続されており、運転者による操舵ハンドル１０の回動操作に従って一体的に回転するようになっている。また、ＦＲモータ２２の駆動シャフトは減速機に接続されており、ＦＲモータ２２の回転力が駆動シャフトを介して減速機に伝達される。減速機は、所定のギア機構によって構成されており、転舵出力軸１２は上端にてこのギア機構に接続されている。これにより減速機は、ＦＲモータ２２の回転力が駆動シャフトを介して伝達されると、ギア機構によって駆動シャフトの回転を減速して転舵出力軸１２に伝達する。したがってＦＲアクチュエータ２１は、ＦＲモータ２２の駆動シャフトを介して、操舵入力軸１１と転舵出力軸１２とを相対回転可能に連結している。

また車両用操舵装置１は、転舵出力軸１２の下端に接続された前輪側転舵機構である前輪転舵ユニット４０を備えている。前輪転舵ユニット４０は、例えば、ラックアンドピニオン式を採用したギアユニットであり、転舵出力軸１２の下端に一体的に組み付けられたピニオンギアの回転がラックバーに伝達されるようになっている。また、前輪転舵ユニット４０には、運転者によって操舵ハンドル１０に入力される操舵力（より具体的には、操舵トルク）を軽減するための電動モータであるＥＰＳ（Electric Power Steering）モータ（不図示）が設けられており、ＥＰＳモータの発生するトルク（所謂、アシスト力）がラックバーに伝達されるようになっている。

この構成により、転舵出力軸１２の回転力がピニオンギアを介してラックバーに伝達されるとともに、ＥＰＳモータのアシスト力がラックバーに伝達される。これによりラックバーは、ピニオンギアからの回転力およびＥＰＳモータのアシスト力によって軸線方向に変位し、ラックバーの両端に接続された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が左右に転舵されるようになっている。

また車両用操舵装置１は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に関連して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させることができる。このため、車両用操舵装置１は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させるための後輪転舵ユニット４１を備えている。後輪転舵ユニット４１は、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２を転舵させる回転駆動力を発生するＲＲアクチュエータ３１を備え、ＲＲアクチュエータ３１はＲＲモータ３２を有している。ＲＲモータ３２はブラシレスモータであって、ＲＲモータ３２のロータの回転角を検出するための回転角センサ３３が設けられる。回転角センサ３３は、ロータの回転角に対応した正弦波信号および余弦波信号を出力するレゾルバであってよい。後輪転舵ユニット４１は周知のギア機構を有していて、ＲＲモータ３２の回転を減速するとともに、減速した回転運動を軸線方向運動に変換し、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２に伝達する。

この構成により、運転者による操舵ハンドル１０の回動操作に応じて、すなわち、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵に合わせてＲＲモータ３２が回転駆動し、ギア機構によって減速された回転が軸線方向運動に変換される。そして、この軸線方向運動が左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２に伝達されて、左右後輪ＲＷ１，ＲＷが左右に転舵されるようになっている。

車両用操舵装置１において、フロント制御装置（以下、「ＦＲ−ＥＣＵ２０」という）が、ＦＲアクチュエータ２１の動作を制御し、具体的にはＦＲモータ２２の回転を制御して、前輪ＦＷ１，ＦＷ２に対して転舵角を与える。ＦＲ−ＥＣＵ２０およびＦＲアクチュエータ２１は、ＦＲシステム２５を構成する。またリア制御装置（以下、「ＲＲ−ＥＣＵ３０」という）が、ＲＲアクチュエータ３１の動作を制御し、具体的にはＲＲモータ３２の回転を制御して、後輪ＲＷ１，ＲＷ２に対して転舵角を与える。ＲＲ−ＥＣＵ３０およびＲＲアクチュエータ３１は、ＲＲシステム３４を構成する。各ＥＣＵはＣＰＵを含むマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に各種プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートおよび通信ポート等を備えている。

図２は、ＦＲ−ＥＣＵ２０およびＲＲ−ＥＣＵ３０の機能ブロックを示す図である。ＦＲ−ＥＣＵ２０は、受取部２６、目標舵角算出部２７、第１主送受信部２８および第１副送受信部２９を備える。また、ＲＲ−ＥＣＵ３０は、後輪制御手段として機能し、異常処理部３５、異常検出部３６、第２主送受信部３７、第２副送受信部３８および制御部３９を備える。ＦＲ−ＥＣＵ２０は、前輪の転舵を制御するものの、ＲＲ−ＥＣＵ３０にとって目標舵角を算出する目標舵角算出手段である。ＲＲ−ＥＣＵ３０は、ＦＲ−ＥＣＵ２０から第１通信線５０および第２通信線５２を介して目標舵角データをそれぞれ取得し、目標舵角データにもとづいて後輪の転舵を制御する。

ＦＲ−ＥＣＵ２０とＲＲ−ＥＣＵ３０は第１通信線５０と、第１通信線５０とは異なる経路の第２通信線５２により２つの系統で接続される。第１通信線５０は、ＦＲ−ＥＣＵ２０とＲＲ−ＥＣＵ３０とを専用で接続する専用線であるため、通信の確度が高い。第２通信線５２は、ＦＲ−ＥＣＵ２０とＲＲ−ＥＣＵ３０とを接続するものの兼用の通信線であって、他の装置にも接続されて使用される。第１通信線５０および第２通信線５２の通信には、いずれもＣＡＮ（Controller Area Network）通信が用いられ、第１通信線５０はいわゆるローカルＣＡＮ通信であって、第２通信線５２はいわゆるグローバルＣＡＮ通信である。第１通信線５０と第２通信線５２の通信において、通信周期や通信速度が異なってもよく、データの形式が異なってもよい。

ＦＲ−ＥＣＵ２０において、受取部２６は、操舵ハンドル１０の操舵角の情報を受け取る。目標舵角算出部２７は、受取部２６から取得した操舵角にもとづいて車輪の目標舵角を算出する。具体的に、目標舵角算出部２７は、操舵ハンドル１０の操舵角の情報にもとづいて前輪の目標舵角を算出し、前輪の目標舵角にもとづいて後輪の目標舵角を算出する。目標舵角算出部２７は、後輪の目標舵角を算出する場合に、回転角センサ３３の回転角データおよび車両の速度を用いてよい。なお、車両用操舵装置１は前輪または後輪を目標舵角となるように転舵する。目標舵角算出部２７は、算出した後輪の目標舵角データを第１主送受信部２８および第１副送受信部２９に送る。

第１主送受信部２８は、後輪の目標舵角データをＲＲ−ＥＣＵ３０の第２主送受信部３７に送出し、第１副送受信部２９は、後輪の目標舵角データをＲＲ−ＥＣＵ３０の第２副送受信部３８に送出する。第１主送受信部２８および第１副送受信部２９は、目標舵角算出部２７から目標舵角データを取得して、同じ目標舵角データをほぼ同じタイミングで送出する。なお、ＦＲ−ＥＣＵ２０から送出される目標舵角データは、送出タイミングを示す時間情報を含まなくてよい。これにより目標舵角データの情報量を抑えることができ、ＣＡＮ通信のトラフィック量を抑えることができる。

次にＲＲ−ＥＣＵ３０において、第２主送受信部３７は、第１通信線５０を介して第１主送受信部２８から後輪の目標舵角データを取得する。第２副送受信部３８は、第２通信線５２を介して第１副送受信部２９から後輪の目標舵角データを取得する。

制御部３９は、第２主送受信部３７から取得した第１の目標舵角データにもとづいてＲＲアクチュエータ３１を制御して後輪の転舵を制御する。これにより一方のデータをメインに用いることができる。専用線である第１通信線５０を介したデータを用いることで通信の確度を高めることができる。また、制御部３９は、後輪の制御に際して回転角センサ３３から回転角データを取得してＲＲモータ３２を制御する。

ところで、ＦＲ−ＥＣＵ２０からＲＲ−ＥＣＵ３０に目標舵角データを送出するに際して、配線の接触不良や配線のコンフリクトなどの外乱の影響で通信状態に異常が生じ、制御部３９がＦＲ−ＥＣＵ２０の指令と異なる舵角に転舵するおそれがある。そのため、実施形態ではＦＲ−ＥＣＵ２０からＲＲ−ＥＣＵ３０に同じデータを２つの経路から送信し、ＲＲ−ＥＣＵ３０において２つの経路からのデータを比較することで、異常を検出する。

ＲＲ−ＥＣＵ３０において、２つの経路から取得したデータがＦＲ−ＥＣＵ２０から同じタイミングで送出されたデータか不明であるため、異常検出部３６は、第１の目標舵角データと第２の目標舵角データの取得時間が所定の時間内にあるか判定して、所定の時間内に収まる第１の目標舵角データと第２の目標舵角データを比較する。この所定の時間は、第１通信線５０および第２通信線５２の通信周期および通信速度にもとづいて設定される。これにより、同時期に送出されたデータを比較することができる。

次に異常検出部３６は、第１通信線５０を介して取得した第１の目標舵角データと、第２通信線５２を介して取得した第２の目標舵角データとを比較して、第１通信線５０または第２通信線５２の異常を検出する。なお、第２の目標舵角データは、異常検出部３６において異常を検出するためだけの比較用データであってよい。

具体的に異常検出部３６は、第１の目標舵角データと第２の目標舵角データの差を算出し、算出した差の絶対値が所定の閾値以上であるか判定する。異常検出部３６は、算出した差の絶対値が所定の閾値以上であれば異常であると判定し、所定の閾値未満であれば異常でないと判定する。所定の閾値は、目標舵角の最大量および通信速度にもとづいて設定される。異常検出部３６は、異常であると判定すると、異常処理部３５に異常であることを示す情報を送出する。

異常処理部３５は、異常検出部３６から異常であることを示す情報を受け取った場合、異常処理を実行する。異常処理において、異常処理部３５は、制御部３９を介して目標舵角にもとづく後輪の制御を停止し、回転角センサ３３が中立の位置となるようにＲＲモータ３２を制御する。

以上のように、ＦＲ−ＥＣＵ２０とＲＲ−ＥＣＵ３０と２つの通信線で接続するというシンプルな構成で、ＲＲ−ＥＣＵ３０において通信の異常を検出することができ、システムの複雑化を抑えることができる。また、受け取ったデータをＲＲ−ＥＣＵ３０側ですぐに異常判定に用いることができるため、異常の検出が迅速にできる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施形態では、目標舵角算出部２７が前輪の目標舵角と後輪の目標舵角を算出し、ＲＲ−ＥＣＵ３０に後輪の目標舵角を送出する態様を示したが、これに限られない。たとえば、目標舵角算出部２７は前輪の目標舵角を算出し、算出した前輪の目標舵角をＲＲ−ＥＣＵ３０に送出し、ＲＲ−ＥＣＵ３０が前輪の目標舵角にもとづいて後輪の目標舵角を算出してよい。

ＲＲ−ＥＣＵ３０は、第１通信線５０および第２通信線５２を介して同じデータをＦＲ−ＥＣＵ２０に送出して、ＦＲ−ＥＣＵ２０において第１通信線５０および第２通信線５２から受信した２つのデータを比較して異常の判定をしてもよい。例えばＲＲ−ＥＣＵ３０は回転角センサ３３の回転角データを第１通信線５０および第２通信線５２からそれぞれ送出し、ＦＲ−ＥＣＵ２０は２つの経路から受け取った回転角データの差の絶対値が所定値以上であるか判定する。ＦＲ−ＥＣＵ２０は所定値以上であれば、異常であると判定し、所定値未満であれば異常でないと判定する。このようにＲＲ−ＥＣＵ３０と同様にＦＲ−ＥＣＵ２０においても通信の異常を検出することができる。

１ 車両用操舵装置、 １０ 操舵ハンドル、 １１ 操舵入力軸、 １２ 転舵出力軸、 ２０ ＦＲ−ＥＣＵ、 ２１ ＦＲアクチュエータ、 ２２ ＦＲモータ、 ２５ ＦＲシステム、 ２６ 受取部、 ２７ 目標舵角算出部、 ２８ 第１主送受信部、 ２９ 第１副送受信部、 ３０ ＲＲ−ＥＣＵ、 ３１ ＲＲアクチュエータ、 ３２ ＲＲモータ、 ３３ 回転角センサ、 ３４ ＲＲシステム、 ３５ 異常処理部、 ３６ 異常検出部、 ３７ 第２主送受信部、 ３８ 第２副送受信部、 ３９ 制御部、 ４０ 前輪転舵ユニット、 ４１ 後輪転舵ユニット、 ５０ 第１通信線、 ５２ 第２通信線。

Claims (3)

1. 車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、
   前記目標舵角算出手段から前記目標舵角の情報が送出される第１の通信線と、
   前記目標舵角算出手段から前記目標舵角の情報が送出される第２の通信線と、
   前記第１の通信線および前記第２の通信線から前記目標舵角の情報を取得し、前記目標舵角の情報にもとづいて後輪の転舵を制御する後輪制御手段と、を備えることを特徴とする車両用操舵装置。
2. 前記後輪制御手段は、前記第１の通信線を介して取得した第１の目標舵角の情報と、前記第２の通信線を介して取得した第２の目標舵角の情報とを比較して、前記第１の通信線または前記第２の通信線の異常を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記後輪制御手段は、前記第１の通信線および前記第２の通信線のうちいずれか一方の通信線から取得した前記目標舵角の情報を用いて後輪の転舵を制御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装置。

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