JP2014054890A

JP2014054890A - 操舵角検出部異常検出装置

Info

Publication number: JP2014054890A
Application number: JP2012200150A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Nakagawa; 知美中川; Masamichi Imamura; 政道今村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: JP5872427B2

Abstract

【課題】運転者がハンドルを切った状態で車両が轍に沿って走行しているシーンにおける操舵角検出部の異常誤検出を抑制できる操舵角検出部異常検出装置を提供する。
【解決手段】車両に作用するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ7および横Gを検出する横Gセンサ8と、運転者の操舵によって発生する操舵角を検出する舵角センサ2および操舵トルクを検出するトルクセンサ5と、各センサ出力に基づいて、各センサ出力の相関性を比較する相関性比較部20A,20Cと、相関性比較部20A,20Cによって比較されたヨーレイトセンサ出力と横Gセンサ出力と舵角センサ出力との相関性と、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性と、に基づいて舵角センサ2の異常を検出する故障検出部20と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵角検出部異常検出装置に関する。

特許文献１には、ヨーレイトセンサおよび横加速度センサの出力に対する舵角センサの出力の相関性の有無を判断し、相関性の有無に基づいて舵角センサ異常を検出する技術が開示されている。

特開２００２−５３０２４号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、車輪が轍（わだち）にはまり、運転者が轍から脱出しようとしてハンドルを切っているにもかかわらず、車両が轍に沿って走行しているシーンでは、ヨーレイトセンサおよび横加速度センサの出力に対して舵角センサの出力に相関性が無いと判断され、操舵角検出部の異常と誤検出されるという問題があった。
本発明の目的は、運転者がハンドルを切った状態で車両が轍に沿って走行しているシーンにおける操舵角検出部の異常誤検出を抑制できる操舵角検出部異常検出装置を提供することにある。

本発明では、ヨーレイト検出部の出力値と横加速度検出部の出力値と操舵角検出部の検出値との相関性と、操舵角検出部の検出値と操舵トルク検出部の検出値との相関性と、に基づいて前記操舵角検出部の異常を検出する。

よって、本発明によれば、運転者がハンドルを切った状態で車両が轍に沿って走行しているシーンにおける操舵角検出部の異常誤検出を抑制できる。

操舵角検出部異常検出装置を適用した車両の操舵系のシステム図である。故障検出部20の構成図である。舵角センサ再故障判断部20bで実行される再故障判断処理の流れを示すフローチャートである。車速毎の操舵角と操舵トルクとの関係図である。閾値範囲を車速毎に設定する例である。路面μに応じた操舵角と操舵トルクとの関係図。閾値範囲を路面μに応じて設定する例である。操舵角速度に応じた操舵角と操舵トルクとの関係図である。閾値範囲を操舵角速度に応じて設定する例である。

〔実施例１〕
図１は、操舵角検出部異常検出装置を適用した車両の操舵系のシステム図である。
運転者によるハンドル1への操作入力は、コラム軸3、ユニバーサルジョイント4を介してラック&ピニオンギア12に伝達され、タイヤ13が転舵される。コラム軸3の途中には、運転者の操舵負荷を軽減するアシストトルクを付与するための電動パワーステアリング用モータ（以下、モータ）11が連結されている。
舵角センサ（操舵角検出部）2は、ハンドル1の操舵角を検出する。
トルクセンサ（操舵トルク検出部）5は、運転者の操舵トルクを検出する。
ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出部）7は、車両に作用するヨーレイトを検出する。
横Gセンサ（横加速度検出部）8は、車両に作用する横加速度（横G）を検出する。
車速センサ9は、車両の走行速度（車速）を検出する。
ECU6は、トルクセンサ出力（トルクセンサ5の出力値）と車速センサ出力（車速センサ9の出力値）とに基づいて、モータ11を駆動し、コラム軸3に対しアシストトルクを出力する。アシストトルクは、例えば、操舵トルクが大きいほど、または車速が低いほど大きくする。ECU6は、バッテリ10を電源として駆動し、各センサ2,5,7,8,9およびモータ11に必要な電力を供給する。

ECU6は、舵角センサ出力（舵角センサ2の出力値）、トルクセンサ出力、ヨーレイトセンサ出力（ヨーレイトセンサ7の出力値）、横Gセンサ出力（横Gセンサ8の出力値）および車速センサ出力に基づいて、舵角センサ故障を検出する故障検出部（操舵角検出部異常検出部）20を備える。
図２は、故障検出部20の構成図であり、故障検出部20は、第１相関性確認部20aと舵角センサ再故障判断部20bとを有する。
第１相関性確認部20aは、舵角センサ出力と、ヨーレイトセンサ出力と、横Gセンサ出力とを入力し、各出力間で相関性の有無を確認する。ここで、相関性の有無は、比較する両センサ出力が実際に取り得る一定の関係性を保っているか否かの判定により行う。具体的には、一方のセンサ出力に対して他方のセンサ出力が所定の閾値範囲（許容範囲）内にあるか否かを確認し、閾値範囲内である場合には相関性有り、閾値範囲外である場合には相関性無しとする。
舵角センサ再故障判断部20bは、第１相関性確認部20aによる相関性確認の結果と、舵角センサ出力と、トルクセンサ出力と、車速センサ出力とを入力し、第１相関性確認部20aによる相関性確認の結果、舵角センサ2に故障の疑いがある場合、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性の有無を確認する。そして、舵角センサ出力に対してトルクセンサ出力が閾値範囲内であれば舵角センサ2が正常であると判断し、閾値範囲外であれば舵角センサ出力が異常であると判断し、異常と判断している状態が所定時間継続したとき、舵角センサ故障との判断を一定時間継続したとき、舵角センサ故障との判断を確定させる再故障判断を実施する。
舵角センサ再故障判断部20bは、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性の有無を確認する第２相関性確認部20cを有する。第１相関性確認部20aと第２相関性確認部20cとから本発明の相関性比較部が構成される。

［再故障判断処理］
図３は、舵角センサ再故障判断部20bで実行される再故障判断処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
ステップ30では、第１相関性確認部20aによる相関性確認の結果、舵角センサ故障の疑いがあるか否かを判定し、YESの場合はステップ31へ進み、NOの場合はステップ37へ進む。ここでは、ヨーレイトセンサ出力と横Gセンサ出力とに相関性が有り、舵角センサ出力とヨーレイトセンサ出力または舵角センサ出力と横Gセンサ出力とに相関性が無い場合に、舵角センサ故障の疑いがあると判定する。
ステップ31では、第２相関性確認部20cにおいて、舵角センサ出力に対してトルクセンサ出力が閾値範囲（正常範囲）内であるか否かを判定し、YESの場合はステップ35へ進み、NOの場合はステップ32へ進む。閾値範囲については後述する。
ステップ32では、異常検出回数を管理しているカウント値を１つ加算する。
ステップ33では、異常検出回数カウント値が所定値以上であるか否かを判定し、YESの場合はステップ38へ進み、NOの場合はステップ34へ進む。
ステップ34では、再故障判断ループ時間が所定時間以上であるか否かを判定し、YESの場合はステップ37へ進み、NOの場合はステップ31へ進む。
ステップ35では、異常検出回数カウント値が0以外であるか否かを判定し、YESの場合はステップ36へ進み、NOの場合はステップ34へ進む。
ステップ36では、異常検出カウント値を１つ減算する。
ステップ37では、舵角センサ正常と確定する。
ステップ38では、舵角センサ故障と確定する。
［閾値範囲の設定］
図４に示すように、操舵角と操舵トルクとの関係は、車速によって変化する。すなわち、車速が低いほど同じ操舵角に対して操舵トルクは大きくなる。よって、第２相関性確認部20cでは、車速センサ出力に基づき、図５に示すような操舵角センサ出力に対するトルクセンサ出力の閾値範囲を車速毎に設定する。

次に、作用を説明する。
車両の走行中、車輪が轍にはまり、特に路面μが低い状態では、運転者が轍から脱出しようとハンドルを切っているにもかかわらず、車両が轍に沿って走行することがあり、このシーンでは、ヨーレイトセンサ出力および横Gセンサ出力と操舵角センサ出力とのアンマッチが生じ、この状態が所定時間以上継続すると、舵角センサ故障と誤検出されてしまう。なお、ヨーレイト、横Gセンサ出力が0で舵角センサが0近傍でなく、かつ、舵角センサ出力とトルクセンサのトルクの値が一致しない場合にも同様の現象が起きる。
これに対し、実施例１では、ヨーレイトセンサ出力および横Gセンサ出力と操舵角センサ出力とにアンマッチが生じ、舵角センサ故障の疑いがあると判定した場合には、再故障判断処理を開始する。再故障判断処理では、舵角センサ出力に対してトルクセンサ出力が閾値範囲内であるか否かを判定し（ステップ31）、閾値範囲内である場合には異常検出回数カウント値を１つ減算（カウント値が0の場合はそのまま）し（ステップ36）、閾値範囲外である場合には異常検出回数カウント値を１つ加算する（ステップ32）。これを所定時間経過するまで繰り返し、所定時間経過後に異常検出回数カウント値が所定値未満である場合には舵角センサ正常と確定し（ステップ37）、所定値以上である場合には舵角センサ故障と確定する（ステップ38）。

よって、上記のように運転者がハンドル1を切ったまま車両が轍に沿って走行しているシーンでは、舵角センサ出力に対してトルクセンサ出力は閾値範囲内となり、所定時間経過後の異常検出回数カウント値は所定値未満であるため、舵角センサ正常と確定する。
すなわち、ハンドル1を切っているとき、操舵トルクは路面反力に応じた値となるため、トルクセンサ出力は0近傍の値とはならず、運転者がハンドル1を切ったまま轍に沿って車両が走行しているシーンであっても、舵角センサ出力とのアンマッチは生じない。この結果、舵角センサ2の異常誤検出を抑制でき、故障検出精度の向上を図ることができる。
また、舵角センサ2の異常誤検出が抑制されるため、故障確定までに要する所定時間（ステップ34の所定時間）を従来よりも短縮でき、より早期に故障に対する対処を実行できることから、安全性の向上を図ることができる。
さらに、トルクセンサ5は従来の電動パワーステアリングにおいて標準装備されているため、回路の変更等ハード面での変更が不要であり、ソフトウェアの変更のみで適用できるため、低コスト化にも寄与できる。

実施例１の操舵角検出部異常検出装置では、以下に列挙する効果を奏する。
(1) 車両に作用するヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ7および横Gを検出する横Gセンサ8と、運転者の操舵によって発生する操舵角を検出する舵角センサ2および操舵トルクを検出するトルクセンサ5と、各センサ出力に基づいて、各センサ出力の相関性を比較する相関性比較部（第１相関性確認部20a，第２相関性確認部20c）と、相関性比較部によって比較されたヨーレイトセンサ出力と横Gセンサ出力と舵角センサ出力との相関性と、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性と、に基づいて舵角センサ2の異常を検出する故障検出部20と、を備えた。
これにより、運転者がハンドル1を切った状態で車両が轍に沿って走行しているシーンにおける舵角センサ2の異常誤検出を抑制でき、故障検出精度の向上を図ることができる。
また、故障確定までに要する所定時間を短縮でき、より早期に故障に対する対処を実行できるため、安全性の向上を図ることができる。
さらに、従来装置に対して回路の変更等ハード面での変更が不要であり、ソフトウェアの変更のみで適用できるため、低コスト化にも寄与できる。
(2) 第２相関性確認部20cは、閾値範囲を車速毎に設定する。
これにより、車速が低いほど同じ操舵角に対して操舵トルクが大きくなるのに対し、車速に合致した適正な閾値範囲を設定できるため、舵角センサ2の故障検出精度の向上を図ることができる。

〔実施例２〕
実施例２の操舵角検出部異常検出装置は、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性の有無を判断するための閾値範囲の下限値を、路面μに応じて可変する点で実施例１と相違する。なお、他の構成は実施例１と同じであるため、図示並びに説明は省略する。
［閾値範囲の設定］
図６に示すように、操舵角と操舵トルクとの関係は、路面μによって変化する。すなわち、路面μが低いほど同じ操舵角に対して操舵トルクは小さくなる。よって、第２相関性確認部20cでは、路面μに基づき、図７に示すような操舵角センサ出力に対するトルクセンサ出力の閾値範囲の下限値を、路面μが低いほど小さな値とする。なお、路面μの推定方法は任意であるが、実施例２では、前後Gと横Gのベクトル和から求める。
よって、実施例２の操舵角検出部異常検出装置では、実施例１の効果(1)に加え、以下の効果を奏する。
(3) 第２相関性確認部20cは、閾値範囲の下限値を路面μが低いほど小さな値とする。
これにより、路面μが低いほど同じ操舵角に対して操舵トルクが小さくなるのに対し、路面μが低い場合の舵角センサ2の異常誤検出を抑制でき、故障検出精度の向上を図ることができる。

〔実施例３〕
実施例３の操舵角検出部異常検出装置は、舵角センサ出力とトルクセンサ出力との相関性の有無を判断するための閾値範囲の上限値を、操舵角速度に応じて可変する点で実施例１と相違する。なお、他の構成は実施例１と同じであるため、図示並びに説明は省略する。
［閾値範囲の設定］
図８に示すように、操舵角と操舵トルクとの関係は、操舵角速度によって変化する。すなわち、操舵角速度が高いほど同じ操舵角に対して操舵トルクは大きくなる。よって、第２相関性確認部20cでは、操舵角速度に基づき、図９に示すような操舵角センサ出力に対するトルクセンサ出力の閾値範囲の上限値を、操舵角速度が高いほど大きな値とする。なお、操舵角速度の演算方法は任意であるが、実施例３では、舵角センサ出力の単位時間あたりの変化量から求める。
よって、実施例３の操舵角検出部異常検出装置では、実施例１の効果(1)に加え、以下の効果を奏する。
(4) 第２相関性確認部20cは、閾値範囲の上限値を、操舵角速度が高いほど大きな値とする。
これにより、操舵角速度が高いほど同じ操舵角に対して操舵トルクが大きくなるのに対し、操舵角速度が高い場合の舵角センサ2の異常誤検出を抑制でき、故障検出精度の向上を図ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例に示した構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、閾値範囲の設定方法として、実施例１ないし３に示した方法（車速、路面μ、操舵角速度）を複数組み合わせてもよい。
また、上記実施例では、車輪が轍にはまったときを挙げているが、それ以外の想定される利用シーンとしては、ハンドルを切った状態で縁石に沿って車輪がすすんだ場合や、石が車輪の向きが変らない場合などでも同様のことが起こる。
さらに、操舵角検出部と操舵トルク検出部の出力値の相関性が無く、相関性比較部で他のセンサと操舵角検出部の出力値に相関性が有った場合、操舵トルク検出部の異常を検出する操舵トルク検出部異常検出部を備えるようにしても良い。

1 ハンドル
2 舵角センサ（操舵角検出部）
5 トルクセンサ（操舵トルク検出部）
7 ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出部）
8 横Gセンサ（横加速度検出部）
20 故障検出部操舵角検出部異常検出部）
20a,20c 相関性確認部（相関性比較部）

Claims

車両に作用するヨーレイトを検出するヨーレイト検出部および横加速度を検出する横加速度検出部と、
運転者の操舵によって発生する操舵角を検出する操舵角検出部および操舵トルクを検出する操舵トルク検出部と、
前記各検出部からの検出値に基づいて、前記各検出部の出力値の相関性を比較する相関性比較部と、
前記相関性比較部によって比較された前記ヨーレイト検出部の出力値と前記横加速度検出部の出力値と前記操舵角検出部の検出値との相関性と、前記操舵角検出部の検出値と前記操舵トルク検出部の検出値との相関性と、に基づいて前記操舵角検出部の異常を検出する操舵角検出部異常検出部と、
を備えたことを特徴とする操舵角検出部異常検出装置。
請求項１に記載の操舵角検出部異常検出装置において、
前記相関性比較部は、前記操舵角検出部の検出値に対する前記操舵トルク検出部の検出値が所定の閾値範囲内にあるか否かによって相関性を比較し、
前記閾値範囲を、車速毎に設定することを特徴とする操舵角検出部異常検出装置。
請求項１に記載の操舵角検出部異常検出装置において、
前記相関性比較部は、前記操舵角検出部の検出値に対する前記操舵トルク検出部の検出値が所定の閾値範囲内にあるか否かによって相関性を比較し、
前記閾値範囲の下限値を、路面μが低いほど小さな値とすることを特徴とする操舵角検出部異常検出装置。
請求項１に記載の操舵角検出部異常検出装置において、
前記相関性比較部は、前記操舵角検出部の検出値に対する前記操舵トルク検出部の検出値が所定の閾値範囲内にあるか否かによって相関性を比較し、
前記閾値範囲の上限値を、操舵角速度が高いほど大きな値とすることを特徴とする操舵角検出部異常検出装置。
請求項１に記載の操舵角検出部異常検出装置において、
前記操舵角検出部と前記操舵トルク検出部の出力値の相関性が無く、前記相関性比較部で他のセンサと前記操舵角検出部の出力値に相関性が有った場合、前記操舵トルク検出部の異常を検出する操舵トルク検出部異常検出部を備えたことを特徴とする操舵角検出部異常検出装置。