JP2013244802A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪速センサの異常を精度良く判定できる車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置においてステアリングトルクセンサ１６は、ステアリングに入力されたトルクを検出するためのものである。走行判定部は、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定する。異常判定部は、走行判定手段により車両が走行していると判定され、かつ、車輪速センサにより検出された速度が所定速度以下である場合に、車輪速センサが異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪速センサの状態を検出する車両制御装置に関する。

車両の各車輪には車輪速センサがそれぞれ設けられ、それらの検出結果をもとに車両の挙動を安定化させる車両挙動制御が実行される。いずれかの車輪速センサの出力に異常が発生した場合、その車輪速センサの出力をもとに車両挙動制御を実行することを回避するため、車輪速センサが異常であるか検出する技術がある。

特許文献１の回転速度センサの異常検出装置は、車両速度が所定速度以上であるにもかかわらず、回転速度信号を発生しない回転速度センサが存在する場合に、回転速度信号を発生しない回転速度センサを異常と判定する。

特開平１０−３３２７２０号公報

特許文献１の回転速度の異常検出装置では、回転速度センサ同士の比較にもとづいて異常を検出しているため、たとえば全ての回転速度センサの出力に異常が生じてそれらの出力がゼロとなった場合、異常を検出することができない。また、低速走行をしている場合、各回転速度センサの出力が小さいため回転速度センサ同士の比較では異常を検出することが難しい。

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、車輪速センサの異常を精度良く判定できる車両制御装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、車輪速センサと、ステアリングに入力されたトルクを検出するためのステアリングトルクセンサと、ステアリングトルクセンサの検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定する走行判定手段と、走行判定手段により車両が走行していると判定され、かつ、車輪速センサにより検出された速度が所定速度以下である場合に、車輪速センサが異常であると判定する異常判定手段と、を備える。

この態様によると、車両の走行状態をステアリングトルクセンサによって判定でき、その判定結果をもとに車輪速センサの異常を精度良く判定できる。

操舵ハンドルに入力された操舵角を検出する操舵角センサをさらに備えてもよい。走行判定手段は、操舵角センサおよび車輪速センサの検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定してもよい。これにより、車両の走行状態を精度良く判定することで、車輪速センサの異常判定の精度を高めることができる。

走行判定手段は、操舵角センサの出力の変化にもとづいて運転者による操舵の有無を判定し、運転者が操舵していない場合、ステアリングトルクセンサにより所定時間検出したステアリングトルクの積算値が第１所定値以上であれば車両が走行中であると判定し、運転者が操舵している場合、ステアリングトルクの積算値が第１所定値より大きい第２所定値以上であれば車両が走行中であると判定してもよい。これにより運転者によるトルクの入力を操舵角センサにより検出し、運転者の入力の有無に応じて車両の走行状態をステアリングトルクセンサにより精度良く判定できる。

走行判定手段は、操舵角センサの出力の変化にもとづいて運転者による操舵の有無を判定し、異常判定手段は、運転者が操舵している場合、車輪速センサの異常判定を実行しない。これにより、運転者によるトルクの入力を除いて、車両の走行状態をステアリングトルクセンサにより精度良く判定できる。ステアリングトルクセンサは、運転者がステアリングに入力するトルクに加えて、車両走行中に地面から車輪に入力された反力に応じたトルクを検出可能であってもよい。

本発明によれば、車輪速センサの異常を精度良く判定できる。

車両用制御装置が搭載された車両を概略的に示す図である。 ＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。 車両走行中における各センサの検出結果を示す図である。 車輪速センサの異常判定処理のフローを示す図である。

図１は、車両用制御装置１が搭載された車両を概略的に示す図である。車両は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル１０を備え、操舵ハンドル１０の操作に応じて左右前輪ＦＲ，ＦＬが転舵される。また車両には左右後輪ＲＲ，ＲＬが設けられる。

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の下端はアクチュエータ２１に接続されている。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。

アクチュエータ２１の電動モータは、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、電動モータの駆動シャフトは減速機に接続されており、電動モータ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、電動モータ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。したがってアクチュエータ２１は、電動モータ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。

また車両は、転舵出力軸１２の下端に接続された前輪の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ＦＲ，ＦＬが左右に転舵されるようになっている。操舵ハンドル１０、操舵入力軸１１、アクチュエータ２１、転舵出力軸１２および前輪転舵ユニット４０をステアリング機構という。

車両のＥＣＵ２０（Electronic Control Unit）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。

右前輪ＦＲには車輪の回転速度を検出する第１車輪速センサ３０ａが設けられる。第１車輪速センサ３０ａは、有線または無線によりＥＣＵ２０に接続され、ＥＣＵ２０に出力結果を送信する。その他の各車輪にも同様に、左前輪ＦＬに第２車輪速センサ３０ｂ、右後輪ＲＲに第３車輪速センサ３０ｃ、左後輪ＲＬに第４車輪速センサ３０ｄが設けられる。これらを区別しない場合、単に「車輪速センサ３０」という。

また、操舵角センサ１４は操舵入力軸１１に取り付けられ、操舵ハンドル１０の中立位置からの回転角、すなわち操舵角を検出する。ステアリングトルクセンサ１６は、操舵入力軸１１に取り付けられ、操舵入力軸１１に入力されたステアリングトルクを検出する。操舵入力軸１１に入力されるステアリングトルクには、運転者によって操舵ハンドル１０から入力される操舵トルクと、車輪から逆入力された逆入力トルクとが含まれる。逆入力トルクとは、車両走行中に地面から車輪に走行状態に応じた反力が与えられ、車輪に連結するステアリング機構に伝達された該反力によるトルク成分をいう。操舵角センサ１４およびステアリングトルクセンサ１６は検出結果をＥＣＵ２０に出力する。ステアリングトルクセンサ１６の検出結果は、たとえばＥＰＳモータの駆動制御に用いられる。

ここで、車輪速センサ３０は、検出結果を出力信号としてＥＣＵ２０に出力するが、たとえば、車輪速センサ３０が回転を検出するロータと、車輪速センサ３０との間隔が離れた場合、車輪速センサ３０に供給される電圧が低下した場合、車輪速センサ３０に異物が付着した場合などの外的要因で、車輪速センサ３０の出力信号が弱まることがある。各車輪速センサ３０の検出結果の相互比較により、車輪速センサ３０の異常を検出する方法では、４輪全ての出力信号が低下した場合に異常を検出することが困難である。

そこで実施形態のＥＣＵ２０は、車両が走行中であり、かつ、車輪速センサ３０の検出結果が所定速度以下である場合に、車輪速センサ３０が異常であると判定する。すなわち、車両が走行しているにもかかわらず、車輪速センサ３０の検出結果が車速ゼロまたは非常に低速であることを示している場合に、ＥＣＵ２０はその車輪速センサ３０が異常であると判定する。このように各車輪速センサ３０を個別に検査することで、車輪速センサ３０の出力の異常を精度良く判定することができる。

図２は、ＥＣＵ２０の機能構成を示すブロック図である。信号受信部５０は、操舵角センサ１４、ステアリングトルクセンサ１６および車輪速センサ３０から出力信号を受け取る。車速算出部５２は、信号受信部５０から車輪速センサ３０の検出結果を受け取り、その検出結果にもとづいて車速を算出する。車速算出部５２は、各車輪速センサ３０の検出結果のそれぞれから、各車輪から検出された車速を算出する。なお車輪速が低ければ、出力信号の出力は低くなり、車輪速がゼロであれば、出力信号の出力はゼロを示す。

走行判定部５４は、信号受信部５０からステアリングトルクセンサ１６の検出結果を受け取り、その検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定する。車両走行中であれば地面から車輪に走行状態に応じた反力が、ステアリングトルクセンサ１６で逆入力トルクとして検出される。たとえば車両走行中に地面からの反力により車輪がガタつけば、そのガタつきがステアリング機構に伝達され、ステアリングトルクセンサ１６に検出される。走行判定部５４は、所定時間において検出したステアリングトルクの絶対値の総和が所定値以上であれば、車両走行中であると判定する。所定値は、実験により定められる値であって、車両が走行していると判断できる値である。このように、車輪の挙動が入力されるステアリングトルクセンサ１６の検出結果にもとづいて車両走行の有無を判定できる。

また、走行判定部５４は信号受信部５０から操舵角センサ１４およびステアリングトルクセンサ１６の検出結果を受け取り、それらの検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定してよい。操舵角が変化すれば、すなわち運転者が操舵ハンドル１０を操作すると、それに応じたステアリングトルクが検出されるため、運転者により付与されたステアリングトルクを考慮して走行判定を行う。走行判定部５４は、操舵角センサ１４の検出結果に応じて運転者により付与された第１ステアリングトルク、すなわち操舵トルクを算出する。次に走行判定部５４は、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果に応じた第２ステアリングトルクから第１ステアリングトルクを引いて算出した第３ステアリングトルクにもとづいて走行判定を実行する。第３ステアリングトルクは、車輪から入力された逆入力トルクである。走行判定部５４は、所定時間において検出した第３ステアリングトルクの絶対値の総和が所定値以上であれば、車両走行中であると判定する。たとえば車両停止中に運転者が操舵ハンドル１０を操作した場合、その操作に応じた第１ステアリングトルクを第２ステアリングトルクから減算すると第３ステアリングトルクはゼロになり、車両停止中と判定できる。これにより、いっそう精度良く車両走行の有無を判定できる。

異常判定部５６は、車速算出部５２の算出結果と走行判定部５４の判定結果にもとづいて車輪速センサ３０が異常であるか判定する。具体的に、異常判定部５６は、所定の車輪速センサ３０の検出結果にもとづく車速が所定速度以下で、かつ、車両が走行している場合に、その車輪速センサ３０が異常であると判定する。所定速度は、車輪速センサ３０がほぼ車輪速を検出していないことを示す数値であり、時速１０ｋｍ以下の数値に設定される。厳密に車輪速センサ３０の検出結果が車速ゼロを示す場合のみ、車輪速センサ３０が異常であると判定してもよいが、算出誤差も吸収できるように時速１０ｋｍ以下の幅を持たせた。車輪速センサ３０の特性によって、所定速度を定めてよく、車輪速センサ３０から時速３ｋｍ単位で車速を検出できる場合には、所定速度を時速３ｋｍに設定する。これにより、ロータと車輪速センサ３０との間隔が離れたて車輪速センサ３０の出力が非常に弱まった場合に、その車輪速センサ３０が異常であると判定できる。異常判定部５６は、車輪速センサ３０が異常であると判定された情報、すなわち異常判定の結果を車両挙動制御部５８に送出する。

車両挙動制御部５８は、車両の挙動を安定化させる挙動安定化制御を実行する。挙動安定化制御として、車両挙動制御部５８は、各車輪速センサ３０の検出結果にもとづいてＡＢＳ（Antilock Brake System）制御を実行する。ＡＢＳ制御ではブレーキによりロックした車輪を回転させる。車両挙動制御部５８は、ＡＢＳ制御において、所定の車輪速センサ３０が異常であると判定された場合、そのセンサに対応する車輪は除外し、他の車輪に対してＡＢＳ制御を実行する所定のバックアップ制御を行う。

図３は、車両走行中における各センサの検出結果を示す図である。図３（ａ）は、操舵角センサ１４の検出結果を示し、図３（ｂ）は、ステアリングトルクセンサ１６の検出果を示し、図３（ｃ）は、車輪速センサ３０の検出結果を示す。また図３（ａ）〜（ｃ）の横軸は、時間軸である。図３（ａ）のステアリングトルクおよび図３（ｂ）の操舵角は、中立位置においてゼロであり、右方向にプラスで左方向にマイナスの値となっている。

停止していた車両が時刻ｔ１から始動し、図３（ｃ）に示すように車速が上昇する。図３（ｂ）に示すように時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に操舵角が大きくなっており、図３（ａ）のステアリングトルクも大きくなっている。

時刻ｔ３〜ｔ６において走行判定部５４は、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果をもとに走行しているか判定する。走行判定部５４は、時刻ｔ３〜ｔ４のステアリングトルクの第１の積算値、時刻ｔ４〜ｔ５のステアリングトルクの第２の積算値、時刻ｔ５〜ｔ６のステアリングトルクの第３の積算値を算出し、第１〜第３の積算値のうちいずれかが所定値以上であれば、車両が走行していると判定し、第１〜第３の積算値のいずれも所定値より小さければ、車両が停止していると判定する。このように所定時間内におけるステアリングトルクの積算を複数回に渡って算出し、それらをもとに走行判定することで、精度良く判定できる。なお、ステアリングトルクの積算値は、絶対値の総和である。

また、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果に加えて操舵角センサ１４の検出結果も用いる場合、走行判定部５４は、操舵角の変化に応じて運転者により付与された第１ステアリングトルクを算出する。図３（ｂ）に示すように時刻ｔ３〜ｔ６において操舵角の変化はほとんどなく、第１ステアリングトルクはゼロである。走行判定部５４は、走行判定部５４は、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果に応じた第２ステアリングトルクから第１ステアリングトルクを引いて算出した第３ステアリングトルクを算出する。走行判定部５４は、時刻ｔ３〜ｔ４の第３ステアリングトルクの第１の積算値、時刻ｔ４〜ｔ５の第３ステアリングトルクの第２の積算値、時刻ｔ５〜ｔ６の第３ステアリングトルクの第３の積算値を算出し、第１〜第３の積算値のうちいずれかが所定値以上であれば、車両が走行していると判定する。

異常判定部５６は、車両走行中であり、車輪速センサ３０の出力から算出された車速がほぼゼロを示していれば、その車輪速センサ３０が異常であると判定するが、時刻ｔ３〜ｔ６での車速は所定の速度以上を示しているため、車輪速センサ３０の異常ではないと判定する。

図４は、車輪速センサ３０の異常判定処理のフローを示す図である。異常判定部５６は、車速算出部５２から各車輪速センサ３０の検出結果にもとづいて算出した車速をそれぞれ取得する（Ｓ１０）。異常判定部５６は、それぞれの車速が所定の速度以下であるか判定する（Ｓ１２）。各車速が所定の閾値以下であれば（Ｓ１２のＮ）、本処理を終了する。各車速のいずれかが所定の閾値以下であれば（Ｓ１２のＹ）、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果にもとづいて走行判定処理が実行される（Ｓ１４）。

異常判定部５６は、走行判定処理の結果にもとづいて車両が走行中であるか判定する（Ｓ１６）。車両が走行中でなければ（Ｓ１６のＮ）、本処理を終了する。車両が走行中であれば（Ｓ１６のＹ）、異常判定部５６は、Ｓ１２において所定の閾値以下と判定された車速に対応する車輪速センサ３０が異常であると判定する（Ｓ１８）。異常判定部５６は、車輪速センサ３０が異常であると判定した結果を車両挙動制御部５８に送出し、車両挙動制御部５８は、その判定結果に応じたバックアップ制御を実行する（Ｓ２０）。以上のように、ステアリングトルクセンサ１６および車輪速センサ３０の検出結果をもとに車輪速センサ３０の異常を精度良く判定できる。

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。

実施形態ではステアリングトルクの積算値が所定値以上であれば、車両走行中であると判定していたが、所定値を条件によって使い分けてよい。すなわち、走行判定部５４は、運転者が操舵している場合に第１所定値を用いて、運転者が操舵していない場合に、第１所定値より大きい第２所定値を用いる。走行判定部５４は、操舵角センサ１４の出力の変化にもとづいて運転者の操舵を検出し、運転者が操舵していない場合、ステアリングトルクの積算値が第１所定値以上であれば車両が走行中であると判定し、運転者が操舵している場合、ステアリングトルクの積算値が第２所定値以上であれば車両が走行中であると判定する。これにより、車両停止中に運転者が操舵ハンドル１０を回した場合に、ステアリングトルクが明かに大きくなるため、その場合に車両走行中と判定されることを抑えることができる。

また実施形態では、走行判定部５４において、操舵角センサ１４の検出結果から運転者により付与された第１ステアリングトルクを算出し、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果を示す第２ステアリングトルクから運転者により付与された第１ステアリングトルクを除いた第３ステアリングトルクにもとづいて、第３ステアリングトルクの積算値と所定値を比較して、走行判定を実行する態様を示したが、この態様に限られない。たとえば、操舵角センサ１４の検出結果に応じて、第２ステアリングトルクの積算値と比較する所定値を上昇させてよい。すなわち、運転者によりステアリングトルクが付与された場合は、その値に応じた操舵トルクに応じた加算値を算出して、所定値に加算値を加えた値とステアリングトルクの積算値とを比較する。この態様によっても、走行状態を精度良く判定できる。

また、実施形態では、車両が走行中で、かつ車輪速センサ３０の出力がほぼゼロである場合に、その車輪速センサ３０が異常であると判定する態様を示したが、この態様に限られない。たとえば異常判定部５６は車輪速センサ３０の出力が不安定である場合に、その車輪速センサ３０が異常であると判定してもよい。車輪速センサ３０の出力の不安定さに関して、所定の車輪速センサ３０の検出結果の変化量が所定の閾値以上であれば、異常判定部５６は所定の車輪速センサ３０が不安定であると判定する。これにより、車輪速センサ３０とロータの間に異物が付着して車輪速センサ３０の出力が不安定になった場合に、その車輪速センサ３０が異常であると判定できる。

また、運転者による操舵があった場合、異常判定部５６における車輪速センサ３０の異常判定を回避してもよい。具体的に、異常判定部５６は、操舵角センサ１４の出力の変化が所定の変化値より大きければ、運転者が操舵ハンドル１０を操作していると判定して、車輪速センサ３０の異常判定を実行しない。すなわち、操舵角センサ１４の出力の変化が所定の変化値以下である場合に、車輪速センサ３０の異常判定を実行する。これにより、車両停止中に運転者が操舵した場合に、車輪速センサ３０が異常と判定されることを回避できる。なお所定の変化値とは、実験により定められ、操舵角センサ１４の出力値の変化量または傾きに対応する値である。

また、ステアリングトルクセンサ１６の出力が明らかに大きくなれば、運転者からの入力があったと判定し、その出力を含むステアリングトルクの積算値を破棄して、車輪速センサ３０の異常判定を回避してよい。すなわち、ステアリングトルクセンサ１６の検出結果に対して上限値を定める。たとえば、走行判定部５４はステアリングトルクの積算値が所定値以上であり、所定の上限値以下である場合に、車両走行中であると判定する。走行判定部５４は、ステアリングトルクの積算値が所定の上限値より大きい場合、車両走行中でないと判定する。このように、運転者のハンドル操舵により車両の走行状態が不明確な場合に、車輪速センサ３０が異常であると判定することを回避できる。

１ 車両用制御装置、 １０ 操舵ハンドル、 １１ 操舵入力軸、 １２ 転舵出力軸、 １４ 操舵角センサ、 １６ ステアリングトルクセンサ、 ２０ ＥＣＵ、 ２１ アクチュエータ、 ３０ 車輪速センサ、 ４０ 前輪転舵ユニット、 ５０ 信号受信部、 ５２ 車速算出部、 ５４ 走行判定部、 ５６ 異常判定部、 ５８ 車両挙動制御部。

Claims (5)

1. 車輪速センサと、
   ステアリングに入力されたトルクを検出するためのステアリングトルクセンサと、
   前記ステアリングトルクセンサの検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定する走行判定手段と、
   前記走行判定手段により車両が走行していると判定され、かつ、前記車輪速センサにより検出された速度が所定速度以下である場合に、前記車輪速センサが異常であると判定する異常判定手段と、を備える車両制御装置。
2. 操舵ハンドルに入力された操舵角を検出する操舵角センサをさらに備え、
   前記走行判定手段は、前記操舵角センサおよび前記車輪速センサの検出結果にもとづいて車両が走行しているか判定することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記走行判定手段は、前記操舵角センサの出力の変化にもとづいて運転者による操舵の有無を判定し、運転者が操舵していない場合、前記ステアリングトルクセンサにより所定時間検出したステアリングトルクの積算値が第１所定値以上であれば車両が走行中であると判定し、運転者が操舵している場合、前記ステアリングトルクの積算値が前記第１所定値より大きい第２所定値以上であれば車両が走行中であると判定することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記走行判定手段は、前記操舵角センサの出力の変化にもとづいて運転者による操舵の有無を判定し、
   前記異常判定手段は、運転者が操舵している場合、前記車輪速センサの異常判定を実行しないことを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
5. 前記ステアリングトルクセンサは、運転者がステアリングに入力するトルクに加えて、車両走行中に地面から車輪に入力された反力に応じたトルクを検出可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両制御装置。

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