JP2017035979A - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の操舵制御において自動操舵制御モード及び手動操舵制御モードの切換機能を有し、トルクセンサの操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、車両の操舵系にモータによるアシスト力を付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に自動操舵制御モードの自動運転中のトルクセンサの故障(異常を含む)を、既存のカメラ等の車両情報による操舵力推定値と実操舵力の比較に基づいて検出して、違和感が少ないように自動操舵制御モードを徐変解除して手動操舵制御モードとすると共に、故障を運転者に報知する電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention has a function of switching between an automatic steering control mode and a manual steering control mode in steering control of a vehicle, calculates a current command value based on the steering torque of a torque sensor, and applies assist force by a motor to a steering system of the vehicle. Compared to the estimated steering force based on vehicle information from existing cameras, etc., and the actual steering force, especially for torque sensor failures (including abnormalities) during automatic operation in the automatic steering control mode. The automatic steering control mode is gradually released from the automatic steering control mode so as to reduce the sense of incongruity to the manual steering control mode, and the driver is notified of the failure.
車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与する電動パワーステアリング装置(EPS)は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っている。 An electric power steering device (EPS) that applies a steering assist force (assist force) to a steering mechanism of a vehicle by a rotational force of a motor is provided with a steering shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. Alternatively, a steering assist force is applied to the rack shaft. Such a conventional electric power steering apparatus performs feedback control of the motor current in order to accurately generate the torque of the steering assist force. In feedback control, the motor applied voltage is adjusted so that the difference between the steering assist command value (current command value) and the motor current detection value is small. The adjustment of the motor applied voltage is generally performed by PWM (pulse width). This is done by adjusting the duty of modulation) control.
電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル(ステアリングホイール)1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵角θrを検出する舵角センサ14及び操舵トルクThを検出するトルクセンサ10が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号IGが入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Vsとに基づいてアシスト制御の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによってモータ20に供給する電流を制御する。なお、舵角センサ14からは操舵角θrが検出されるが、モータ20に連結された回転センサから得ることもできる。
The general configuration of the electric power steering apparatus will be described with reference to FIG. 1. A column shaft (steering shaft, handle shaft) 2 of a handle (steering wheel) 1 is a
コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VsはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続可能である。
The
コントロールユニット30は主としてCPU(MPUやMCUも含む)で構成されるが、そのCPU内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図2のようになる。
The
図2を参照してコントロールユニット30の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ10で検出された操舵トルクTh及び車速センサ12で検出された(若しくはCANからの)車速Vsは、電流指令値Iref1を演算する電流指令値演算部31に入力される。電流指令値演算部31は、入力された操舵トルクTh及び車速Vsに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ20に供給する電流の制御目標値である電流指令値Iref1を演算する。電流指令値Iref1は加算部32Aを経て電流制限部33に入力され、過熱保護条件で最大電流を制限された電流指令値Iref3が減算部32Bに入力され、フィードバックされているモータ電流値Imとの偏差Iref4(=Iref3−Im)が演算され、その偏差Iref4が操舵動作の特性改善のためのPI制御部35に入力される。PI制御部35で特性改善された電圧制御指令値VrefがPWM制御部36に入力され、更に駆動部としてのインバータ37を介してモータ20がPWM駆動される。モータ20の電流値Imはモータ電流検出器38で検出され、減算部32Bにフィードバックされる。
The function and operation of the
また、モータ20にはレゾルバ等の回転センサ21が接続されており、実操舵角θsが検出される。加算部32Aには補償部34からの補償信号CMが加算されており、補償信号CMの加算によってシステム系の補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償部34は、セルフアライニングトルク(SAT)343と慣性342を加算部344で加算し、その加算結果に更に収れん性341を加算部345で加算し、加算部345の加算結果を補償信号CMとしている。
Further, a
近年、車両に搭載されているカメラ、レーザレーダ等を利用して、自動的にブレーキをかけて安全に止まることとか、自動運転支援をさせることなど、車両が本来の自動車と呼ばれる言葉の意味に近づいて来ている。自動運転支援は、通常、運転者がハンドル又はその他の装置でトルクを入力することで、電動パワーステアリング装置はトルクセンサで操舵トルクを検出し、その情報を車両や電動パワーステアリング装置内の制御の切換に利用し、自動運転支援を解除して通常のアシスト制御(手動操舵制御)に戻ることが考えられる。 In recent years, the meaning of the term “automobile” is what the vehicle is supposed to be, such as using a camera, laser radar, etc. mounted on the vehicle to automatically brake and stop safely, or to support automatic driving. I'm approaching. In automatic driving assistance, usually, when a driver inputs torque with a steering wheel or other device, the electric power steering device detects steering torque with a torque sensor, and the information is used for control in the vehicle or the electric power steering device. It can be considered that the automatic driving support is canceled and the normal assist control (manual steering control) is returned to when switching is used.
ここで、トルクセンサが何らかの故障や異常で中立(正常センサ電圧範囲)固着してしまっても、車両と電動パワーステアリング装置は運転者の手入力を検出することができず、そのまま自動運転支援を続けてしまう。この挙動は、運転者の意思に反した車両挙動となるため好ましくなく、違和感が大きくなる挙動である。 Here, even if the torque sensor becomes neutral (normal sensor voltage range) due to some failure or abnormality, the vehicle and the electric power steering device cannot detect the driver's manual input, and support automatic driving as it is. I will continue. This behavior is undesirable because the vehicle behavior is contrary to the driver's intention, and the feeling of discomfort increases.
従来のトルクセンサの故障検出は、特許第3578488号公報(特許文献1)に示されるように、手動操舵制御と自動操舵制御が可能な操舵方式において、自動操舵制御のシステム作動中にハンドル側の操舵角、タイヤ側の転舵角、操舵制御モータの作動をそれぞれ検出するセンサ部を設け、これらセンサ部からの信号パターン又は操舵トルク信号も加えて、モータ部、メカ部又はセンサ部(トルクセンサを含む)の故障の有無を診断するようになっている。 As shown in Japanese Patent No. 3578488 (Patent Document 1), a conventional torque sensor failure detection is performed in a steering system capable of manual steering control and automatic steering control. A sensor unit for detecting the steering angle, the turning angle on the tire side, and the operation of the steering control motor is provided. In addition to the signal pattern or steering torque signal from these sensor units, the motor unit, mechanical unit or sensor unit (torque sensor) (Including the failure).
しかしながら、特許文献1の装置では各部にセンサを設ける必要があり、故障発生時の自動操舵制御から手動操舵制御への違和感のない切換についての言及がない。従って、自動運転中におけるトルクセンサの中立固着の検出と、中立固着が検出されたときに、違和感を感じることなく確実に手動操舵制御に移行することが要請されている。また、トルクセンサが中立固着した場合の検出方法の対策が求められている。
However, in the apparatus of
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、従来のトルクセンサ周りに付加する回路等はなく、車両に既に搭載されているカメラ、レーザレーダ等の車両情報を利用して、車両が必要であろうアシスト量(操舵力推定値)を推定し、そのときの実操舵力と比較してトルクセンサの中立固着を検出できる機能を具備し、手動操舵制御に円滑に移行する電動パワーステアリング装置を提供することにある。 The present invention has been made under the circumstances described above, and the object of the present invention is not to add a circuit or the like around a conventional torque sensor. It is possible to estimate the assist amount (steering force estimate value) that the vehicle will need, and to detect neutral sticking of the torque sensor compared to the actual steering force at that time. An object of the present invention is to provide an electric power steering apparatus that shifts to
本発明は、トルクセンサからの操舵トルクに基づいて電流指令値を演算し、前記電流指令値によりモータを駆動して車両の操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵制御モードと手動操舵制御モードとを相互に切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、前記自動操舵制御モードの自動運転中に、車両情報に基づいて推定された操舵力推定値と、検出された実操舵力との比較によって前記トルクセンサの故障診断を行い、故障が診断されたときに前記手動操舵制御モードに移行することにより達成される。 The present invention calculates a current command value based on a steering torque from a torque sensor, drives a motor with the current command value to assist and control a vehicle steering system, and includes an automatic steering control mode and a manual steering control mode. The above-mentioned object of the present invention relates to a steering force estimated value estimated based on vehicle information and detected actual steering during automatic driving in the automatic steering control mode. This is achieved by performing a failure diagnosis of the torque sensor by comparison with force and shifting to the manual steering control mode when the failure is diagnosed.
本発明の上記目的は、前記実操舵力が、前記操舵トルクに基づく入力トルク及び前記モータのモータ電流に基づくモータ出力の加算値であることにより、或いは前記加算値が、所定のスレッショルド以上に変化したした時に前記故障と診断することにより、或いは前記車両情報が、少なくともカメラ、レーザレーダ、GPS、超音波、車両モデルであることにより、或いは前記故障が判定されたときに、前記自動操舵制御モードから前記手動操舵制御モードへの切り換えを徐変で行う切換制御部を具備していることにより、或いは前記徐変が線形若しくは非線形の特性であることにより、或いは前記故障が判定されたときに、運転者に報知する報知手段を具備していることにより、或いは前記報知手段が、視覚情報、音、振動の少なくとも1つであることにより、より効果的に達成される。 The object of the present invention is that the actual steering force is an addition value of an input torque based on the steering torque and a motor output based on a motor current of the motor, or the addition value changes to a predetermined threshold or more. The automatic steering control mode by diagnosing the failure when the vehicle information is at least a camera, laser radar, GPS, ultrasonic wave, vehicle model, or when the failure is determined. By providing a switching control unit that performs gradual changeover to the manual steering control mode, or because the gradual change is a linear or non-linear characteristic, or when the failure is determined, By providing notifying means for notifying the driver, or the notifying means is at least one of visual information, sound, and vibration. By it, it is more effectively achieved.
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、トルクセンサからの操舵トルクに基づいてモータを駆動して車両の操舵系をアシスト制御すると共に、自動操舵制御モードと手動操舵制御モードとを切り換える機能を有する電動パワーステアリング装置において、自動操舵制御モードの自動運転中のトルクセンサの故障診断(中立固着)を行い、故障が診断されたときに自動操舵制御を解除し、手動操舵制御に徐変で移行するようになっているので、運転者が違和感を感じることは少ない。また、故障を運転者に報知するようにしているので、運転者が操舵に疑念を抱くこともなくなる。 According to the electric power steering apparatus of the present invention, the motor is driven based on the steering torque from the torque sensor to assist the steering system of the vehicle, and the function of switching between the automatic steering control mode and the manual steering control mode is provided. In the electric power steering device, failure diagnosis (neutral fixation) of the torque sensor during automatic operation in the automatic steering control mode is performed. When the failure is diagnosed, the automatic steering control is canceled, and the manual steering control is gradually changed. As a result, the driver rarely feels uncomfortable. In addition, since the driver is notified of the failure, the driver does not have any doubt about the steering.
更に、故障診断を、車両に搭載されているカメラ、レーザレーダ、GPS、超音波、車両モデル等の車両情報に基づく操舵力推定値と実操舵力との比較によって行うので、トルクセンサ周りに新たに回路等を付加する必要もない。 Furthermore, failure diagnosis is performed by comparing the estimated steering force based on vehicle information such as the camera, laser radar, GPS, ultrasonic wave, and vehicle model mounted on the vehicle with the actual steering force. There is no need to add a circuit or the like.
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、車両制御において自動操舵制御モード及び手動操舵制御モードの機能を具備し、両モードを切り換える切換機能を有し、従来のトルクセンサ周りに付加する回路等はなく、自動操舵制御モードの自動運転中のトルクセンサの故障(異常を含む)を、既存のカメラ、レーザレーダ、超音波、GPS、車両モデル等の車両情報により推定された操舵力推定値と実操舵力(入力トルク+モータ出力)との比較に基づいて検出し、違和感が少ないように自動操舵制御モードを徐変解除して手動操舵制御モードに移行すると共に、故障を運転者に報知するようにしている。このため、安価な構成で、運転者に違和感を感じさせることなく、手動操舵制御に円滑に移行することができ、運転者も故障を早期に認識することができる。 According to the electric power steering device of the present invention, the vehicle control has a function of an automatic steering control mode and a manual steering control mode, has a switching function for switching between both modes, and a circuit added around a conventional torque sensor, etc. In addition, a torque sensor failure (including an abnormality) during automatic operation in the automatic steering control mode is detected with an estimated steering force estimated by vehicle information such as an existing camera, laser radar, ultrasonic wave, GPS, and vehicle model. Detecting based on comparison with steering force (input torque + motor output), canceling the automatic steering control mode gradually so as to reduce discomfort, shifting to manual steering control mode, and notifying the driver of the failure I have to. For this reason, it is possible to smoothly shift to manual steering control without making the driver feel uncomfortable with an inexpensive configuration, and the driver can also recognize the failure at an early stage.
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
先ず本発明の前提となる電動パワーステアリング装置、つまり自動操舵制御モード及び手動操舵制御モードの機能を具備し、操舵制御モードを切り換える機能を有する一般的な電動パワーステアリング装置について、図3を参照して説明する。 First, referring to FIG. 3, an electric power steering apparatus which is a premise of the present invention, that is, a general electric power steering apparatus having functions of an automatic steering control mode and a manual steering control mode and having a function of switching the steering control mode will be described. I will explain.
モータ150にはモータ回転角θsを検出するためのレゾルバ等の回転センサ151が接続されており、モータ150は車両側ECU130及びEPS(電動パワーステアリング装置)側ECU140を介して駆動制御される。車両側ECU130は、運転者の意思を示すボタン、スイッチ等に基づいて、自動操舵制御又は手動操舵制御の切換指令SWを出力する切換指令部131と、カメラ(画像)やレーザレーダなどの信号に基づいて目標操舵角θtを生成する目標操舵角生成部132とを具備している。また、コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)に設けられた舵角センサ14で検出された実操舵角θrは、ECU130を経てEPS側ECU140内の舵角制御部200に入力される。
A
切換指令部131は、自動操舵制御に入ることを識別する信号、例えば運転者の意思をダッシュボードやハンドル周辺に設けたボタンやスイッチ、或いはシフトに設けた駐車モードなどによる車両状態の信号を基に切換指令SWを出力し、切換指令SWをEPS側ECU140内の切換部142に入力する。また、目標操舵角生成部132は、カメラ(画像)、レーザレーダなどのデータを基に公知の手法で目標操舵角θtを生成し、生成された目標操舵角θtをEPS側ECU140内の舵角制御部200に入力する。
The switching
EPS側ECU140は、操舵トルクTh及び車速Vsに基づいて演算されたモータ電流指令値Itrefを出力するトルク制御部141と、目標操舵角θt、実操舵角θr、モータ角速度ω及び操舵トルクThに基づいて舵角自動制御のためのモータ電流指令値Imrefを演算して出力する舵角制御部200と、切換指令SWによってモータ電流指令値Itref及びImrefを切り換える切換部142と、切換部142からのモータ電流指令値Iref(=Itref又はImref)に基づいてモータ150を駆動制御する電流制御/駆動部143と、回転センサ151からのモータ回転角θsに基づいてモータ角速度ωを演算するモータ角速度演算部144とを具備している。切換部142は、車両側ECU130の切換指令部131からの切換指令SWに基づいて、トルク制御部141によるトルク制御モード(手動操舵制御)と、舵角制御部200による位置/速度制御モード(自動操舵制御)とを切り換え、手動操舵制御ではモータ電流指令値Itrefを出力し、自動操舵制御ではモータ電流指令値Imrefを出力する。また、電流制御/駆動部143は、PI電流制御部、PWM制御部、インバータ等で構成されている。
The EPS-
このような構成において、その概略動作例を図4のフローチャートを参照して説明する。 In such a configuration, an example of the schematic operation will be described with reference to the flowchart of FIG.
操舵系の動作がスタートすると、先ずトルク制御部141によるトルク制御(手動操舵制御モード)が実施され(ステップS1)、モータ電流指令値Itrefを用いて電流制御/駆動部143によりモータ150が駆動される(ステップS2)。上記手動操舵の動作は切換指令部131より、自動操舵制御への切換指令SWが出力されるまで繰り返される(ステップS3)。
When the operation of the steering system starts, torque control (manual steering control mode) is first performed by the torque control unit 141 (step S1), and the
自動操舵制御モードとなり、切換指令部131より切換指令SWが出力されると、目標操舵角生成部132から目標操舵角θtが入力され(ステップS4)、舵角センサ14から実操舵角θrが入力され(ステップS5)、トルクセンサ154から操舵トルクThが入力され(ステップS6)、モータ角速度演算部144からモータ角速度ωが入力され(ステップS7)、舵角制御部200でモータ電流指令値Imrefが生成される(ステップS10)。なお、目標操舵角θt、実操舵角θr、操舵トルクTh、モータ角速度ωの入力順番は適宜変更可能である。
When the automatic steering control mode is entered and a switching command SW is output from the switching
その後、切換部142が切換指令部131からの切換指令SWにより切り換えられ(ステップS11)、舵角制御部200からのモータ電流指令値Imrefを用いて電流制御/駆動部143によりモータ150を駆動し(ステップS12)、上記ステップS3にリターンする。モータ電流指令値Imrefによる駆動制御(自動操舵制御)は、切換指令部131から切換指令SWが変更されるまで繰り返される。
Thereafter, the
本発明は、上述した自動操舵制御モード中にトルクセンサ154の故障診断(異常を含む)を、トルクセンサ154の周りに新たな検出回路を付加することなく行い、トルクセンサ154の故障(正常センサ電圧範囲である中立に固着する中立固着)が検出されたときに、違和感が少ないように自動操舵制御を徐変解除し、手動操舵制御に滑らかに移行すると共に、運転者に視覚情報、音、振動等で故障を報知するようにしている。
The present invention performs a failure diagnosis (including an abnormality) of the
図5は本発明の実施形態を図3に対応させて示しており、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 5 shows an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 3, and the same members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本発明では、自動操舵制御モードの自動運転中のトルクセンサ154の故障(中立固着)を検出し、故障信号FDを出力する故障判定部160と、故障信号FDに基づいて操舵切換信号SWCを出力し、切換部142を自動操舵制御から徐々に手動操舵制御に切り換える(徐変切換)制御を行う切換制御部170と、故障信号FDにより運転者にトルクセンサ154の故障を視覚情報、音、振動等で報知する報知手段180とを備えている。
In the present invention, a
故障判定部160の詳細は図6に示す構成であり、故障判定部160は、操作力として操舵トルクTh[N]を入力し、ハンドル半径[m]に基づいて運転者の入力トルクTci[Nm]を演算する入力トルク演算部161と、モータ電流Im(実電流)に基づいてモータ出力Tmcを演算するモータ出力演算部162と、カメラ、レーザレーダ等の車両情報に基づいて操舵力を推定する操舵力推定部163と、入力トルクTci及びモータ出力Tmcを加算する加算部164と、加算結果である操舵力TQ1及び操舵力推定部163からの操舵力推定値STeを入力して比較判定し、判定信号DCを出力する比較判定部166と、比較判定部166からの判定信号DCを切換信号SWに応じて出力する出力部167とで構成されている。比較判定部166には、所定のスレッショルドTHrが入力されている。
The details of the
また、比較判定部166は図7に示すような構成であり、操舵力TQ1及び操舵力推定値STeを比較して比較結果(偏差)DRを出力する比較部166−1と、比較結果DRを所定のスレッショルドTHrと比較し、比較結果DRがスレッショルドTHr未満である場合(TQ1≒STe)には、正常を示す例えば論理「0」の判定信号DCを出力し、比較結果DRがスレッショルドTHr以上である場合(TQ1≠STe)には、故障を示す論理「1」の判定信号DCを出力する判定部166−2とで構成されている。
The
車両の操舵力推定部163は、車両に搭載されているカメラ、レーザレーダ、超音波、高精度GPS、車両モデル、車速センサ等の車両情報を入力して、今後必要となる車両の車線維持に必要な操舵力STeを推定する。つまり、操舵力推定部163からの操舵力推定値STeは、車両が車線維持のために必要な操舵力であり、加算部164からの操舵力TQ1は、EPSが出力している操舵力(モータ出力Tmc)+手入力トルクTciであり、正常時には、
(数1)
STe≒TQ1
となるはずであるが、故障した場合には、演算上は入力トルクTci=0となるので、比較推定部166における比較は、
(数2)
STe 対 Tmc+Tci(=0)
となる。そして、ハンドル手放しであれば操舵トルクTh=0であるので、
(数3)
STe=Tmc
となり、故障判定とはならない。しかし、トルクセンサ154に中立固着が生じると、モータ出力Tmcは操舵トルクTh分だけ増減し、
(数4)
STe≠Tmc
となるので、故障(中立固着)を検出することができる。
The vehicle steering
(Equation 1)
STe ≒ TQ1
However, in the case of failure, the input torque Tci = 0 is calculated, so that the comparison in the
(Equation 2)
STe vs. Tmc + Tci (= 0)
It becomes. If the handle is released, the steering torque Th = 0.
(Equation 3)
STe = Tmc
It will not be a failure judgment. However, when neutral fixation occurs in the
(Equation 4)
STe ≠ Tmc
Therefore, a failure (neutral fixation) can be detected.
以下に、中立固着検出の詳細を説明する。 Details of the neutral sticking detection will be described below.
正常時には、ハンドルからの手入力(操舵トルクTh)は下記数5で表され、モータ電流Imは下記数6で表わされる。
(数5)
手入力[Nm]=ハンドル半径[m]×操作力[N]=運転者の入力トルク[Nm]=トルクセンサ154で検出される操舵トルクTh
(数6)
モータ電流Im=Iref[A]=アシストマップ(数5の手入力vsモータ電流Im)
また、モータ150のモータトルク定数をKt、ウォームとウォームホイールのギア比をGn、ウォームホイールのギア効率をGζ、ラックアンドピニオンのギア効率をGξとしたとき、アクチュエータ出力[Nm]であるモータ出力Tmc[Nm]は下記数7で表わされる。
(数7)
モータ出力Tmc[Nm]=Kt×Im×Gn×Gζ=アシスト力[Nm]
そして、コラムタイプ電動パワーステアリングでの操舵力TQ1[Nm]は下記数8で表わされ、ラックタイプ電動パワーステアリングでの操舵力TQ1[Nm]は下記数9で表わされる。
(数8)
操舵力TQ1[Nm]=運転者の入力トルクTci+モータ出力Tmc
(数9)
操舵力TQ1[N]=(モータ出力Tmc+運転者の入力トルクTci)2π×Gξ/ラックアンドピニオン比[mm]
また、操舵力推定値STeは下記数10で表わされる。
(数10)
操舵力推定値STe[Nm]=推定値
上記数10において、推定値はカメラ等から計算される車線維持に必要な力であるため、運転者の入力トルクは関係していない。
Under normal conditions, the manual input from the steering wheel (steering torque Th) is expressed by the following
(Equation 5)
Manual input [Nm] = handle radius [m] × operating force [N] = driver input torque [Nm] = steering torque Th detected by
(Equation 6)
Motor current Im = Iref [A] = Assist map (manual input of
Further, when the motor torque constant of the
(Equation 7)
Motor output Tmc [Nm] = Kt × Im × Gn × Gζ = Assist force [Nm]
The steering force TQ1 [Nm] in the column type electric power steering is expressed by the following formula 8, and the steering force TQ1 [Nm] in the rack type electric power steering is expressed by the following formula 9.
(Equation 8)
Steering force TQ1 [Nm] = Driver input torque Tci + Motor output Tmc
(Equation 9)
Steering force TQ1 [N] = (motor output Tmc + driver input torque Tci) 2π × Gξ / rack and pinion ratio [mm]
Further, the steering force estimated value STe is expressed by the following
(Equation 10)
Steering force estimated value STe [Nm] = estimated value
In the
ここにおいて、正常時は、数8≒数10、或いは数9≒数10となっている。つまり、下記数11又は数12が成立している。
(数11)
操舵力TQ1[Nm]=運転者の入力トルクTci+モータ出力Tmc≒操舵力推定値STe[Nm]
(数12)
操舵力TQ1[N]=(モータ出力Tmc+運転者の入力トルクTci)2π×Gξ/ラックアンドピニオン比[mm]≒操舵力推定値STe[Nm]
そして、自動運転中にトルクセンサ154が中立で固着した際、運転者がハンドル入力を行った場合、上記数11又は数12の関係は、下記数13のように変化する。
(数13)
運転者の実入力トルクTci(増大↑)+モータ出力Tmc(減少↓)
数13となるが、中立固着で検出入力トルクTciは0なので、数11は
(数14)
運転者の入力トルクTci(0)+モータ出力Tmc(減少)<操舵力推定値STe(変化なし)
となって、故障を検出することができる。本実施形態では、モータ出力Tmc(減少)が変動してスレッショルドTHrよりも小さくなった時に、故障信号FDを出力している。
Here, at normal time, Equation 8≈
(Equation 11)
Steering force TQ1 [Nm] = Driver input torque Tci + Motor output Tmc≈Steering force estimated value STe [Nm]
(Equation 12)
Steering force TQ1 [N] = (motor output Tmc + driver input torque Tci) 2π × Gξ / rack and pinion ratio [mm] ≈steering force estimated value STe [Nm]
When the
(Equation 13)
Driver's actual input torque Tci (increase ↑) + motor output Tmc (decrease ↓)
Driver input torque Tci (0) + motor output Tmc (decrease) <steering force estimation value STe (no change)
Thus, the failure can be detected. In the present embodiment, the failure signal FD is output when the motor output Tmc (decrease) fluctuates and becomes smaller than the threshold THr.
図8は本発明の動作例を示しており、図8(B)に示すように時点t1においてトルクセンサ154が故障すると検出トルクTciが“0”になるので、図8(A)に示すようにモータ150の出力推定値(=Tmc+Tci)が変動する。このため、操舵力推定値STeと実操舵力(=Tmc+Tci)の比較で、トルクセンサ154の故障を検出することができる。つまり、操舵力推定値STeと実操舵力(=Tmc+Tci)の偏差が所定値(スレッショルドTHr)以上となった場合、トルクセンサ故障として検出する。
FIG. 8 shows an example of the operation of the present invention. As shown in FIG. 8B, when the
次に、本発明の動作例を図9及び図10のフローチャートを参照して説明する。なお、本発明に関連しない部分の動作は図4のフローチャートで説明しているので、省略する。 Next, an example of the operation of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. Note that the operations not relevant to the present invention are described in the flowchart of FIG.
本発明は自動操舵制御モードにおけるトルクセンサ154の中立固着の検出と操舵制御モードの切換であるので、故障判定部160及び切換制御部170は、切換指令SWによって自動操舵制御モードになっているときに動作する(ステップS20)。
Since the present invention is detection of neutral fixation of the
自動操舵制御モードになると、先ず入力トルク演算部161は操舵トルクTh及びハンドル半径から入力トルクTciを演算し(ステップS21)、モータ出力演算部162はモータ電流Imに基づいてモータ出力Tmcを演算し(ステップS22)、操舵力推定部163はカメラ、レーザレーダ、GPS等の車両情報に基づいて操舵力推定値STeを推定する(ステップS23)。入力トルクTciの演算、モータ出力Tmcの演算及び操舵力推定値STeの推定の順番は適宜変更可能である。
In the automatic steering control mode, first, the
その後、入力トルクTci及びモータ出力Tmcは加算部164で加算され(ステップS24)、加算部164の加算結果である操舵力TQ1及び操舵力推定部163からの操舵力推定値STeは比較判定部166内の比較部166−1に入力されて比較され(ステップS25)、操舵力TQ1及び操舵力推定値STeの比較結果DRが判定部166−2に入力され、比較結果DRがスレッショルドTHrと比較される(ステップS26)。比較結果DRがスレッショルドTHr未満である場合には、正常であるので上記ステップS21にリターンして上記動作を繰り返す。
Thereafter, the input torque Tci and the motor output Tmc are added by the adding unit 164 (step S24), and the steering force TQ1 and the steering force estimated value STe from the steering
また、上記ステップS26において、比較結果DRがスレッショルドTHr以上である場合には故障であるので、故障検出の判定信号DCを出力する(ステップS30)。判定信号DCは出力部167に入力され、本件の場合には切換信号SWが自動操舵制御モードになっているので、出力部167から故障信号FDが出力される(ステップS31)。故障信号FDが出力されると報知手段180が視覚情報、音、振動などで運転者に故障を報知すると共に(ステップS32)、切換制御部170から操舵切換信号SWCを出力して切換部142を手動操舵制御モードに切り換える(ステップS33)。この切換を図11に示すような徐変処理により行う(ステップS34)。即ち、時点t10までは自動操舵制御モードが100%(手動操舵制御0%)の状態であり、時点t10において故障信号FDが出力されると、自動操舵制御から徐々に(線形に)手動操舵制御に移行し、時点t11において手動操舵制御が100%(自動操舵制御0%)となる(ステップS35)。
In step S26, if the comparison result DR is greater than or equal to the threshold THr, a failure is detected, and a failure detection determination signal DC is output (step S30). The determination signal DC is input to the
なお、徐変処理は、図12の特性A,Bに示すような非線形な特性であっても良く、報知と操舵切換の順番は逆であっても良い。 The gradual change process may be a non-linear characteristic as shown by characteristics A and B in FIG. 12, and the order of notification and steering switching may be reversed.
また、判定部166−2の判定信号DCを正常時に論理「0」、故障(異常)時に論理「1」としているが、逆であっても良い。更に上述の実施形態では、定数、効率等は便宜上係数として表わしているが、温度、摩擦、速度等に関連する関数或いはマップであっても良い。 In addition, the determination signal DC of the determination unit 166-2 is set to logic “0” when normal, and is set to logic “1” when failure (abnormal), but may be reversed. Further, in the above-described embodiment, constants, efficiencies, and the like are expressed as coefficients for convenience, but functions or maps related to temperature, friction, speed, and the like may be used.
1 ハンドル(ステアリングホイール)
2 コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10、154 トルクセンサ
12 車速センサ
13 バッテリ
14 舵角センサ
20、150 モータ
30 コントロールユニット(ECU)
31 電流指令値演算部
33 電流制限部
34 補償部
35 PI制御部
36 PWM制御部
37 インバータ
130 車両側ECU
140 EPS側ECU
160 故障判定部
170 切換制御部
180 報知手段
200 舵角制御部
1 Handle (steering wheel)
2 Column shaft (steering shaft, handle shaft)
10, 154
31 Current command
140 EPS side ECU
160
Claims (8)
前記自動操舵制御モードの自動運転中に、車両情報に基づいて推定された操舵力推定値と、検出された実操舵力との比較によって前記トルクセンサの故障診断を行い、故障が診断されたときに前記手動操舵制御モードに移行することを特徴とする電動パワーステアリング装置。 A current command value is calculated based on the steering torque from the torque sensor, the motor is driven by the current command value to assist the steering system of the vehicle, and the automatic steering control mode and the manual steering control mode are switched to each other. In an electric power steering device having a function,
When the torque sensor is diagnosed for failure by comparing the estimated steering force estimated based on vehicle information with the detected actual steering force during automatic driving in the automatic steering control mode. And shifting to the manual steering control mode.
The electric power steering apparatus according to claim 7, wherein the notification unit is at least one of visual information, sound, and vibration.
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