JP2018047876A - Vehicular steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、操舵部材としてのステアリングホイールと転舵機構とをクラッチを介して機械的に連結することが可能なステアバイワイヤ(SBW:Steer-By-Wire)式の車両用操舵装置に関する。 The present invention relates to a steer-by-wire (SBW) type vehicle steering apparatus capable of mechanically connecting a steering wheel as a steering member and a steering mechanism via a clutch.
下記特許文献1には、ステアリングシャフトに連結された反力モータと、転舵軸としてのラック軸にピニオンシャフトを介して連結された転舵モータと、ステアリングシャフトとラックとの間を締結および解放可能な電磁クラッチを有するバックアップ機構と、バックアップ機構が正常か異常かを判定するための手段(以下「バックアップ機構異常判定手段」という。)とを備えた車両用操舵装置が開示されている。特許文献1の車両用操舵装置には、操舵角を検出するための操舵角センサ、ステアリングシャフトに作用するトルクを検出するための操舵側トルクセンサ、ピニオンシャフトに作用するトルクを検出するための転舵側トルクセンサ、反力モータの回転角を検出するためのレゾルバ、転舵モータの回転角を検出するためのレゾルバ等が設けられている。 In Patent Document 1 below, a reaction force motor coupled to a steering shaft, a steering motor coupled to a rack shaft serving as a steering shaft via a pinion shaft, and fastening and release between the steering shaft and the rack are disclosed. A vehicle steering apparatus including a backup mechanism having a possible electromagnetic clutch and means for determining whether the backup mechanism is normal or abnormal (hereinafter referred to as “backup mechanism abnormality determination means”) is disclosed. The vehicle steering apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a steering angle sensor for detecting a steering angle, a steering side torque sensor for detecting torque acting on the steering shaft, and a rotation for detecting torque acting on the pinion shaft. A rudder side torque sensor, a resolver for detecting the rotation angle of the reaction force motor, a resolver for detecting the rotation angle of the steering motor, and the like are provided.
特許文献1の車両用操舵装置では、イグニッションがオフであるときには、電磁クラッチが締結状態とされている。そして、イグニッションがオンされた後に、バックアップ機構異常判定手段によってバックアップ機構が正常であると判定されると、電磁クラッチが解放状態にされる。
特許文献1のバックアップ機構異常判定手段は、次の(1)〜(6)のような方法で、バックアップ機構が正常であるか異常であるかを判定する。
(1)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、反力モータおよび転舵モータを互いにトルクが相殺される方法に同一トルクで駆動させ、操舵側トルクセンサの検出値および転舵側トルクセンサの検出値を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、これらの検出値の差の絶対値が所定値以下であれば、バックアップ機構が正常であると判定し、これらの検出値の差の絶対値が所定値よりも大きければバックアップ機構が異常であると判定する。
(2)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、反力モータおよび転舵モータを互いにトルクが相殺される方法に同一トルクで駆動させ、操舵側トルクセンサの検出値および操舵角センサの検出値を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、操舵側トルクセンサの検出値が所定値よりも大きいかまたは操舵角センサの検出値が所定値よりも大きいときに、バックアップ機構が異常であると判定する。
(3)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、反力モータのみを駆動させ、操舵側トルクセンサの検出値および操舵角センサの検出値を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、これらの検出値の差の絶対値が所定値よりも大きいときに、バックアップ機構が異常であると判定する。
(4)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、反力モータのみを駆動させ、操舵側トルクセンサの検出値および操舵角センサの検出値を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、操舵側トルクセンサの検出値が所定値未満であるかまたは操舵角センサの検出値が所定値よりも大きいときに、バックアップ機構が異常であると判定する。
(5)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、転舵モータのみを駆動させ、操舵側トルクセンサの検出値および操舵角センサの検出値を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、これらの検出値の差の絶対値が所定値よりも大きいときに、バックアップ機構が異常であると判定する。
(6)バックアップ機構異常判定手段は、電磁クラッチを締結状態にした後、転舵モータのみを駆動させ、反力モータの回転角および転舵モータの回転角を取得する。そして、バックアップ機構異常判定手段は、反力モータの回転角および転舵モータの回転角を比較することによって、バックアップ機構が正常であるか異常であるかを判定する。
In the vehicle steering apparatus disclosed in Patent Document 1, when the ignition is off, the electromagnetic clutch is in an engaged state. Then, after the ignition is turned on, when the backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is normal, the electromagnetic clutch is released.
The backup mechanism abnormality determining means of Patent Document 1 determines whether the backup mechanism is normal or abnormal by the following methods (1) to (6).
(1) The backup mechanism abnormality determining means drives the reaction force motor and the turning motor with the same torque in a manner in which the torques cancel each other after the electromagnetic clutch is engaged, and detects the detected value of the steering side torque sensor and the rotation speed. The detection value of the rudder side torque sensor is acquired. The backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is normal if the absolute value of the difference between these detected values is less than or equal to a predetermined value, and the absolute value of the difference between these detected values is less than the predetermined value. If it is larger, it is determined that the backup mechanism is abnormal.
(2) The backup mechanism abnormality determining means drives the reaction force motor and the steering motor with the same torque in a manner in which the torques cancel each other after the electromagnetic clutch is engaged, and detects the detected value of the steering side torque sensor and the steering The detection value of the angle sensor is acquired. Then, the backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is abnormal when the detected value of the steering side torque sensor is larger than a predetermined value or when the detected value of the steering angle sensor is larger than the predetermined value.
(3) The backup mechanism abnormality determining means drives only the reaction force motor after the electromagnetic clutch is engaged, and acquires the detected value of the steering side torque sensor and the detected value of the steering angle sensor. The backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is abnormal when the absolute value of the difference between these detected values is larger than a predetermined value.
(4) The backup mechanism abnormality determining means drives the reaction motor only after the electromagnetic clutch is engaged, and acquires the detected value of the steering side torque sensor and the detected value of the steering angle sensor. The backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is abnormal when the detected value of the steering side torque sensor is less than a predetermined value or when the detected value of the steering angle sensor is larger than the predetermined value.
(5) The backup mechanism abnormality determining means drives only the steering motor after the electromagnetic clutch is engaged, and acquires the detected value of the steering torque sensor and the detected value of the steering angle sensor. The backup mechanism abnormality determining means determines that the backup mechanism is abnormal when the absolute value of the difference between these detected values is larger than a predetermined value.
(6) The backup mechanism abnormality determining means drives only the steering motor after the electromagnetic clutch is engaged, and acquires the rotation angle of the reaction force motor and the rotation angle of the steering motor. The backup mechanism abnormality determination means determines whether the backup mechanism is normal or abnormal by comparing the rotation angle of the reaction force motor and the rotation angle of the steering motor.
前述の特許文献1のバックアップ機構異常判定手段による前記(1)〜(5)の判定方法では、ステアリングシャフトの回転角、ステアリングシャフトに作用するトルクおよびピニオンシャフトに作用するトルクうちの少なくとも一つを検出する必要がある。このため、シャフトの動きをセンサが誤検出しないように、判定時に駆動される反力モータや転舵モータの駆動力を大きくする必要がある。 In the determination methods (1) to (5) by the backup mechanism abnormality determination means described in Patent Document 1, at least one of the rotation angle of the steering shaft, the torque acting on the steering shaft, and the torque acting on the pinion shaft is calculated. It needs to be detected. For this reason, it is necessary to increase the driving force of the reaction force motor or the turning motor driven at the time of determination so that the sensor does not erroneously detect the movement of the shaft.
また、前述の特許文献1のバックアップ機構異常判定手段による前記(3)〜(6)の判定方法では、判定時に反力モータまたは転舵モータの一方のみが駆動されるため、ステアリングホイールが若干動くので、運転者に違和感を与えるおそれがある。
判定時に反力モータおよび転舵モータを反対方向に同じトルクで駆動すると、ステアリングホイールの回転を防止できるが、そのためには、電磁クラッチの入力側と出力側とを同じタイミングで同じトルクで反対方向に駆動させる必要がある。そのためには、各モータ、減速機、ECU等の性能ばらつきを補償したうえで、反力モータまたは転舵モータを駆動する必要があるので、制御が複雑となる。
Further, in the determination methods (3) to (6) by the backup mechanism abnormality determination means of Patent Document 1 described above, only one of the reaction force motor or the turning motor is driven at the time of determination, and thus the steering wheel moves slightly. As a result, the driver may feel uncomfortable.
If the reaction force motor and the steering motor are driven in the opposite directions with the same torque at the time of determination, the steering wheel can be prevented from rotating, but for this purpose, the input side and the output side of the electromagnetic clutch are in the opposite direction with the same torque at the same timing. Need to be driven. For this purpose, since it is necessary to drive the reaction force motor or the turning motor after compensating for the performance variation of each motor, the speed reducer, the ECU, etc., the control becomes complicated.
この発明の目的は、ステアリングホイールと転舵機構とを機械的に連結するクラッチが正常か異常かを新規な方法で判定することができる車両用操舵装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle steering apparatus that can determine whether a clutch that mechanically connects a steering wheel and a steering mechanism is normal or abnormal by a novel method.
請求項1に記載の発明は、車両を操向するための操舵部材(2)と、転舵輪(3)を転舵させるための転舵機構(4)と、前記操舵部材と前記転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチ(6)と、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記操舵部材側の部分に連結され、前記操舵部材に操舵反力を付与するための反力モータ(14)と、前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記転舵輪側の部分に連結され、前記転舵輪を転舵させるための転舵モータ(31)と、少なくとも1つの前記転舵輪のハブユニットに設けられ、当該転舵輪に作用する軸方向荷重を検出するための軸方向荷重センサ(39)と、前記クラッチの締結状態時に、前記反力モータを駆動し、前記反力モータの駆動前の前記軸方向荷重センサの検出値と前記反力モータの駆動中の前記軸方向荷重センサの検出値とに基づいて、前記クラッチが正常であるか異常であるか判定する判定手段(90)とを含む、車両用操舵装置である。なお、括弧内の英数字は後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 The invention according to claim 1 includes a steering member (2) for steering the vehicle, a turning mechanism (4) for turning the steered wheel (3), the steering member and the steered wheel, And a reaction force motor connected to a portion closer to the steering member than the clutch in the power transmission path for applying a steering reaction force to the steering member. (14), a steered motor (31) coupled to the steered wheel side portion of the power transmission path with respect to the steered wheel, and at least one hub unit for the steered wheel An axial load sensor (39) for detecting an axial load acting on the steered wheels, and driving the reaction force motor when the clutch is engaged, before driving the reaction force motor. Detection of the axial load sensor A determination means (90) for determining whether the clutch is normal or abnormal based on a value and a detection value of the axial load sensor during driving of the reaction force motor. is there. In addition, although the alphanumeric characters in parentheses represent corresponding components in the embodiments described later, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiments. The same applies hereinafter.
この構成では、少なくとも1つの転舵輪のハブユニットに設けられ、当該転舵輪に作用する軸方向荷重を検出するための軸方向荷重センサを利用して、クラッチが正常であるか異常であるかを判定することができる。つまり、クラッチが正常か異常かを新規な方法で判定することができるようになる。
請求項2に記載の発明は、前記判定手段は、前記クラッチの締結状態時に、前記軸方向荷重センサの検出値を第1の検出値として取得する手段と、前記反力モータを駆動し、前記反力モータが駆動されている状態で、前記軸方向荷重センサの検出値を第2の検出値として取得する手段と、前記第1の検出値と前記第2の検出値との差の絶対値が、所定の閾値以上であるか否かを判別する手段と、前記絶対値が前記閾値以上であるときには、前記クラッチが正常であると判定し、前記絶対値が前記閾値未満であるときには、前記クラッチが異常であると判定する手段とを含む、請求項1に記載の車両用操舵装置である。
In this configuration, an axial load sensor provided on the hub unit of at least one steered wheel and detecting an axial load acting on the steered wheel is used to determine whether the clutch is normal or abnormal. Can be determined. That is, it becomes possible to determine whether the clutch is normal or abnormal by a novel method.
According to a second aspect of the present invention, the determination means drives the reaction force motor, means for acquiring the detection value of the axial load sensor as a first detection value when the clutch is engaged, Means for obtaining a detection value of the axial load sensor as a second detection value while the reaction force motor is driven, and an absolute value of a difference between the first detection value and the second detection value Is determined to be equal to or greater than a predetermined threshold, and when the absolute value is equal to or greater than the threshold, it is determined that the clutch is normal, and when the absolute value is less than the threshold, The vehicle steering apparatus according to claim 1, further comprising means for determining that the clutch is abnormal.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す模式図である。
車両用操舵装置1は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール2と、転舵輪3を転舵するための転舵機構4と、ステアリングホイール2に連結されたステアリングシャフト5と、ステアリングシャフト5(ステアリングホイール2)と転舵機構4とを機械的に連結したり分離したりするためのクラッチ6とを含む。この実施形態では、クラッチ6は、電磁クラッチである。クラッチ6は、入力軸6Aと出力軸6Bとを含み、入出力軸間のトルクの伝達・遮断を行う機能を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a vehicle steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
The vehicle steering apparatus 1 includes a
ステアリングシャフト5は、ステアリングホイール2に連結された第1軸7と、クラッチ6の入力軸6Aに一体的に連結された第2軸9と、第1軸7と第2軸9とを連結するトーションバー8とを含む。
第2軸9には、減速機13を介して反力モータ14が連結されている。反力モータ14は、ステアリングホイール2に操舵反力(操舵方向と反対方向のトルク)を付与するための電動モータである。減速機13は、反力モータ14の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸(図示略)と、このウォーム軸と噛み合い、第2軸9に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール(図示略)とを含むウォームギヤ機構からなる。反力モータ14には、反力モータ14の回転角を検出するための回転角センサ15が設けられている。
The
A
転舵機構4は、クラッチ6の出力軸6Bに一体的に連結された第1ピニオン軸16と、転舵軸としてのラック軸17と、ラック軸17に転舵力を付与するための転舵アクチュエータ30とを含む。ラック軸17の各端部には、タイロッド18およびナックルアーム(図示略)を介して転舵輪3が連結されている。第1ピニオン軸16の先端には、第1ピニオン19が連結されている。ラック軸17は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸17の軸方向の第1端部には、第1ピニオン19に噛み合う第1ラック20が形成されている。
The turning mechanism 4 includes a
転舵アクチュエータ30は、転舵モータ31と、減速機32と、第2ピニオン軸33と、第2ピニオン34と、第2ラック35とを含む。第2ピニオン軸33は、ステアリングシャフト5とは、分離して配置されている。減速機32は、転舵モータ31の出力軸に一体的に回転可能に連結されたウォーム軸(図示略)と、このウォーム軸と噛み合い、第2ピニオン軸33に一体的に回転可能に連結されたウォームホイール(図示略)とを含むウォームギヤ機構からなる。
The steering
第2ピニオン34は、第2ピニオン軸33の先端に連結されている。第2ラック35は、ラック軸17の軸方向の第1端部とは反対の第2端部側に設けられている。第2ピニオン34は、第2ラック35に噛み合っている。転舵モータ31には、転舵モータ31の回転角を検出するための回転角センサ36が設けられている。ラック軸17の近傍には、ラック軸17の軸方向移動量を検出するためのストロークセンサ(以下、「転舵角センサ」という。)37が配置されている。転舵角センサ37が検出したラック軸17の軸方向移動量から、転舵輪3の転舵角δが検出されるようになっている。
The
2つの転舵輪3に対するハブユニット(図示略)のうち少なくとも一方には、対応する転舵輪3に作用する軸方向の荷重(以下、「軸方向荷重F」という。)を検出するための軸方向荷重センサ39が設けられている。この実施形態では、2つの転舵輪3のハブユニット(図示略)のうちの一方に、軸方向荷重センサ39が設けられている。軸方向荷重センサ39としては、例えば、特開2007−127253号(特許文献2)に開示されているセンサ装置を用いることができる。
At least one of the hub units (not shown) for the two steered
回転角センサ15,36、転舵角センサ37、車速センサ38および軸方向荷重センサ39の検出信号ならびにイグニッションキーの状態検知信号は、ECU(電子制御ユニット:Electronic Control Unit)40に入力される。ECU40は、これらの入力信号に基づいて、クラッチ6、反力モータ14および転舵モータ31を制御する。
車両用操舵装置1は、動作モードとして、ステアバイワイヤモード、フェイルセーフモード等を有している。ステアバイワイヤモードは、ステアリングホイール2と転舵機構4とが機械的に連結されていない状態(クラッチ6が解放されている状態)で、転舵輪3の転舵が行われるモードである。フェイルセーフモードは、ステアリングホイール2と転舵機構4とを機械的に連結させた状態(クラッチ6が締結されている状態)で、転舵輪3の転舵が行われるモードであり、ステアバイワイヤモード時に何らかの異常が発生したときに自動的に設定されるモードである。フェイルセーフモードは、手動のみによって転舵を行うマニュアルステアリングモードであってもよく、反力モータ14および転舵モータ31の少なくとも一方によって、操舵トルク等に応じた操舵補助力を発生させるパワーステアリングモード(EPSモード)であってもよい。
The detection signals of the
The vehicle steering apparatus 1 has a steer-by-wire mode, a fail-safe mode, and the like as operation modes. The steer-by-wire mode is a mode in which the steered
図2は、ECU40の電気的構成を示すブロック図である。
ECU40は、マイクロコンピュータ41と、マイクロコンピュータ41によって制御され、転舵モータ31に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)42と、転舵モータ31に流れるモータ電流を検出する電流検出部43と、マイクロコンピュータ41によって制御され、反力モータ14に電力を供給する駆動回路(インバータ回路)44と、反力モータ14に流れるモータ電流を検出する電流検出部45とを備えている。また、ECU40は、マイクロコンピュータ41によって制御され、クラッチ6を駆動するための駆動回路46を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the
The
マイクロコンピュータ41は、CPUおよびメモリ(ROM、RAM、不揮発性メモリなど)を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、転舵モータ31を制御するための転舵モータ制御部50と、反力モータ14を制御するための反力モータ制御部70と、クラッチ6を制御するためのクラッチ制御部90とを備えている。クラッチ制御部90は、クラッチ6が正常であるか異常であるかを判定するクラッチ異常判定機能を有している。
The
クラッチ6は、例えば、常時は締結状態であり、通電状態とされることで解放状態となる。クラッチ制御部90は、イグニッションキーがオン位置に操作されると、クラッチ6が正常であるか異常であるかの判定を行う。この判定方法の詳細については後述する。クラッチ6が異常であると判定された場合には、クラッチ制御部90は、例えば、警報を出力して、エンジンの始動を禁止する。クラッチ6が正常であると判定された場合には、クラッチ制御部90は、クラッチ6を解放状態にする。これにより、車両用操舵装置1は、ステアバイワイヤモードで動作する。イグニッションキーがオン位置からオフ位置に操作されると、クラッチ制御部90は、クラッチ6を締結状態にさせる。また、クラッチ制御部90は、ステアバイワイヤモード時に何らかの異常が発生したときに、クラッチ6を締結状態にさせる。この場合には、車両用操舵装置1は、前述したフェイルセーフモードで動作する。
For example, the
転舵モータ制御部50は、反力モータ制御部70から与えられる操舵角θh、車速センサ38によって検出される車速V、転舵角センサ37によって検出される転舵角δ、回転角センサ36の出力信号および電流検出部43によって検出される電流に基づいて、駆動回路42を制御する。これにより、転舵モータ制御部50は、操舵状態に応じた転舵制御を実現する。
The steered
反力モータ制御部70は、転舵モータ制御部50から与えられる転舵側目標操舵角θht*、回転角センサ15の出力信号および電流検出部45によって検出される電流に基づいて、駆動回路44を制御する。これにより、反力モータ制御部70は、操舵状態に応じた反力制御を実現する。
転舵モータ31は、例えば三相ブラシレスモータであり、図3に図解的に示すように、界磁としてのロータ100と、U相、V相およびW相のステータ巻線101,102,103を含むステータ105とを備えている。転舵モータ31は、ロータの外部にステータを対向配置したインナーロータ型のものであってもよいし、筒状のロータの内部にステータを対向配置したアウターロータ型のものであってもよい。
The reaction force
The steered
各相のステータ巻線101,102,103の方向にU軸、V軸およびW軸をとった三相固定座標(UVW座標系)が定義される。また、ロータ100の磁極方向にd軸(磁極軸)をとり、ロータ100の回転平面内においてd軸と直角な方向にq軸(トルク軸)をとった二相回転座標系(dq座標系。実回転座標系)が定義される。dq座標系は、ロータ100とともに回転する回転座標系である。dq座標系では、q軸電流のみがロータ100のトルク発生に寄与するので、d軸電流を零とし、q軸電流を所望のトルクに応じて制御すればよい。ロータ100の回転角(ロータ角(電気角))θsは、U軸に対するd軸の回転角である。dq座標系は、ロータ角θsに従う実回転座標系である。このロータ角θs-を用いることによって、UVW座標系とdq座標系との間での座標変換を行うことができる。反力モータ14は、例えば三相ブラシレスモータからなり、転舵モータ31と同様な構造を有している。
Three-phase fixed coordinates (UVW coordinate system) are defined in which the U, V, and W axes are taken in the direction of the
図4は、ステアバイワイヤモード時の転舵モータ制御部50の動作を説明するためのブロック図である。
転舵モータ制御部50は、角速度演算部51と、転舵側目標操舵角設定部52と、目標転舵角設定部53と、角度偏差演算部54と、PI(比例積分)制御部55と、角速度偏差演算部56と、PI制御部57と、電流偏差演算部58と、PI制御部59と、dq/UVW変換部60と、PWM(Pulse Width Modulation)制御部61と、UVW/dq変換部62と、回転角演算部63とを含む。
FIG. 4 is a block diagram for explaining the operation of the steered
The steered
転舵側目標操舵角設定部52は、反力モータ制御部70内の操舵角演算部83(図5参照)によって演算される操舵角θh(第2軸9の回転角)および車速センサ38によって検出される車速Vに基づいて、ステアリングホイール2の回転角(操舵角)の目標値である転舵側目標操舵角θht*を演算する。たとえば、転舵側目標操舵角設定部52は、所定の伝達関数を用いて車速Vおよび操舵角θhに応じた転舵側目標操舵角θht*を設定する。つまり、転舵側目標操舵角設定部52は、操舵状態を表す検出値(操舵状態検出値)に基づいて、転舵側目標操舵角θht*を設定する。
The steered side target steering
目標転舵角設定部53は、転舵側目標操舵角設定部52によって設定される転舵側目標操舵角θht*に基づいて、転舵角の目標値である目標転舵角δ*を設定する。目標転舵角設定部53によって設定される目標転舵角δ*は、角度偏差演算部54に与えられる。
角度偏差演算部54は、目標転舵角設定部53によって設定される目標転舵角δ*と、転舵角センサ37によって検出される転舵角δとの偏差Δδ(=δ*−δ)を演算する。
The target turning
The angle
PI制御部55は、角度偏差演算部54によって演算される角度偏差Δδに対するPI演算を行なうことにより、転舵角速度の目標値である目標転舵角速度ωt*を演算する。PI制御部55によって演算される目標転舵角速度ωt*は、角速度偏差演算部56に与えられる。
角速度演算部51は、転舵角センサ37によって検出される転舵角δを時間微分することによって、転舵角δの角速度(転舵角速度)ωtを演算する。角速度演算部51によって演算される転舵角速度ωtは、角速度偏差演算部56に与えられる。
The PI control unit 55 calculates a target turning angular velocity ωt * that is a target value of the turning angular velocity by performing a PI calculation on the angle deviation Δδ calculated by the angle
The angular
角速度偏差演算部56は、PI制御部55によって演算される目標転舵角速度ωt*と、角速度演算部51によって演算される転舵角速度ωtとの偏差Δωt(=ωt*−ωt)を演算する。
PI制御部57は、角速度偏差演算部56によって演算される角速度偏差Δωtに対するPI演算を行なうことにより、dq座標系の座標軸に流すべき電流の目標値である目標電流を演算する。具体的には、PI制御部57は、目標d軸電流Id *および目標q軸電流Iq *(以下、これらを総称するときには「目標二相電流Idq *」という。)を演算する。さらに具体的には、PI制御部57は、目標q軸電流Iq *を有意値として演算する一方で、目標d軸電流Id *を零とする。PI制御部57によって演算される目標二相電流Idq *は、電流偏差演算部58に与えられる。
The angular velocity
The
回転角演算部63は、回転角センサ36の出力信号に基づいて、転舵モータ31のロータの回転角(電気角。以下、「ロータ角θs」という。)を演算する。
電流検出部43は、転舵モータ31のU相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流IUVW」という。)を検出する。電流検出部43によって検出された三相検出電流IUVWは、UVW/dq変換部62に与えられる。
The rotation
The
UVW/dq変換部62は、電流検出部43によって検出されるUVW座標系の三相検出電流IUVW(U相電流IU、V相電流IVおよびW相電流IW)を、dq座標系の二相検出電流IdおよびIq(以下総称するときには「二相検出電流Idq」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部58に与えられる。UVW/dq変換部62における座標変換には、回転角演算部63によって演算されたロータ角θsが用いられる。
The UVW /
電流偏差演算部58は、PI制御部57によって演算される目標二相電流Idq *と、UVW/dq変換部62から与えられる二相検出電流Idqとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部58は、目標d軸電流Id *に対するd軸検出電流Idの偏差および目標q軸電流Iq *に対するq軸検出電流Iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部59に与えられる。
The current deviation calculation unit 58 calculates a deviation between the target two-phase current I dq * calculated by the
PI制御部59は、電流偏差演算部58によって演算される電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、転舵モータ31に印加すべき目標二相電圧Vdq *(目標d軸電圧Vd *および目標q軸電圧Vq *)を生成する。この目標二相電圧Vdq *は、dq/UVW変換部60に与えられる。
dq/UVW変換部60は、目標二相電圧Vdq *を目標三相電圧VUVW *に変換する。この座標変換には、回転角演算部63によって演算されたロータ角θsが用いられる。目標三相電圧VUVW *は、目標U相電圧VU *、目標V相電圧VV *および目標W相電圧VW *からなる。この目標三相電圧VUVW *は、PWM制御部61に与えられる。
The PI control unit 59 performs a PI calculation on the current deviation calculated by the current deviation calculation unit 58, thereby causing the target two-phase voltage V dq * (the target d-axis voltage V d * and the target to be applied to the steered
The dq /
PWM制御部61は、目標U相電圧VU *、目標V相電圧VV *および目標W相電圧VW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、駆動回路42に供給する。
駆動回路42は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部61から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧VUVW *に相当する電圧が転舵モータ31の各相のステータ巻線101,102,103に印加される。
The
The
角度偏差演算部54およびPI制御部55は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、転舵輪3の転舵角δが、目標転舵角設定部53によって設定される目標転舵角δ*に近づくように制御される。また、角速度偏差演算部56およびPI制御部57は、角速度フィードバック制御手段を構成している。この角速度フィードバック制御手段の働きによって、転舵角速度ωtが、PI制御部55によって演算される目標転舵角速度ωt*に近づくように制御される。また、電流偏差演算部58およびPI制御部59は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、転舵モータ31に流れるモータ電流が、PI制御部57によって演算される目標二相電流Idq *に近づくように制御される。
The angle
図5は、ステアバイワイヤモード時のモータ制御部70の動作を説明するためのブロック図である。
反力モータ制御部70は、反力側目標操舵角設定部71と、角度偏差演算部72と、PI制御部73と、角速度偏差演算部75と、PI制御部76と、電流偏差演算部77と、PI制御部78と、dq/UVW変換部79と、PWM制御部80と、UVW/dq変換部81と、回転角演算部82と、操舵角演算部83と、角速度演算部84とを含む。
FIG. 5 is a block diagram for explaining the operation of the
The reaction force
回転角演算部82は、回転角センサ15の出力信号に基づいて、反力モータ14のロータの電気角θRおよび機械角θMを演算する。操舵角演算部83は、反力モータ14のロータの機械角θMを減速機13の減速比で除算することにより、操舵角θhを演算する。この実施形態では、操舵角演算部83は、第2軸9の中立位置(基準位置)からの第2軸9の正逆両方向の回転量(回転角)を演算するものであり、中立位置から右方向への回転量を例えば正の値として出力し、中立位置から左方向への回転量を例えば負の値として出力する。
The rotation
反力側目標操舵角設定部71は、転舵モータ制御部50内の転舵側目標操舵角設定部52によって設定される転舵側目標操舵角θht*に基づいて、第2軸9の回転角の目標値である反力側目標操舵角θhr*を設定する。反力側目標操舵角設定部71は、この実施形態では、転舵側目標操舵角設定部52によって設定される転舵側目標操舵角θht*を反力側目標操舵角θhr*として設定する。
The reaction force side target steering
角度偏差演算部72は、反力側目標操舵角設定部71によって設定される反力側目標操舵角θhr*と、操舵角演算部83によって演算される操舵角θhとの偏差Δθh(=θhr*−θh)を演算する。
PI制御部73は、角度偏差演算部72によって演算される角度偏差Δθhに対するPI演算を行なうことにより、操舵角速度の目標値である目標操舵角速度ωh*を演算する。PI制御部73によって演算される目標操舵角速度ωh*は、角速度偏差演算部75に与えられる。
The angle
The
角速度演算部84は、操舵角演算部83によって演算される操舵角θhを時間微分することによって、操舵角θhの角速度(操舵角速度)ωhを演算する。角速度演算部84によって演算される操舵角速度ωhは、角速度偏差演算部75に与えられる。
角速度偏差演算部75は、PI制御部73によって演算される目標操舵角速度ωh*と、角速度演算部84によって演算される操舵角速度ωhとの偏差Δωh(=ωh*−ωh)を演算する。
The
The angular
PI制御部76は、角速度偏差演算部75によって演算される角速度偏差Δωhに対するPI演算を行なうことにより、dq座標系の座標軸に流すべき電流の目標値である目標電流を演算する。具体的には、PI制御部76は、目標d軸電流id *および目標q軸電流iq *(以下、これらを総称するときには「目標二相電流idq *」という。)を演算する。さらに具体的には、PI制御部76は、目標q軸電流iq *を有意値として演算する一方で、目標d軸電流id *を零とする。PI制御部76によって演算される目標二相電流idq *は、電流偏差演算部77に与えられる。
The
電流検出部45は、反力モータ14のU相電流iU、V相電流iVおよびW相電流iW(以下、これらを総称するときは、「三相検出電流iUVW」という。)を検出する。電流検出部45によって検出された三相検出電流iUVWは、UVW/dq変換部81に与えられる。
UVW/dq変換部81は、電流検出部45によって検出されるUVW座標系の三相検出電流iUVW(U相電流iU、V相電流iVおよびW相電流iW)を、dq座標系の二相検出電流idおよびiq(以下総称するときには「二相検出電流idq」という。)に変換する。これらが電流偏差演算部77に与えられる。UVW/dq変換部81における座標変換には、回転角演算部82によって演算された電気角θRが用いられる。
The
The UVW /
電流偏差演算部77は、PI制御部76から出力される目標二相電流idq *と、UVW/dq変換部81から与えられる二相検出電流idqとの偏差を演算する。より具体的には、電流偏差演算部77は、目標d軸電流id *に対するd軸検出電流idの偏差および目標q軸電流iq *に対するq軸検出電流iqの偏差を演算する。これらの偏差は、PI制御部78に与えられる。
The current
PI制御部78は、電流偏差演算部77によって演算される電流偏差に対するPI演算を行なうことにより、反力モータ14に印加すべき目標二相電圧vdq *(目標d軸電圧vd *および目標q軸電圧vq *)を生成する。この目標二相電圧vdq *は、dq/UVW変換部79に与えられる。
dq/UVW変換部79は、目標二相電圧vdq *を目標三相電圧vUVW *に変換する。この座標変換には、回転角演算部82によって演算された電気角θRが用いられる。目標三相電圧vUVW *は、目標U相電圧vU *、目標V相電圧vV *および目標W相電圧vW *からなる。この目標三相電圧vUVW *は、PWM制御部80に与えられる。
The
The dq /
PWM制御部80は、目標U相電圧vU *、目標V相電圧vV *および目標W相電圧vW *にそれぞれ対応するデューティのU相PWM制御信号、V相PWM制御信号およびW相PWM制御信号を生成し、駆動回路44に供給する。
駆動回路44は、U相、V相およびW相に対応した三相インバータ回路からなる。このインバータ回路を構成するパワー素子がPWM制御部80から与えられるPWM制御信号によって制御されることにより、目標三相電圧vUVW *に相当する電圧が反力モータ14の各相のステータ巻線に印加される。
The
The
角度偏差演算部72およびPI制御部73は、角度フィードバック制御手段を構成している。この角度フィードバック制御手段の働きによって、操舵角θhが、反力側目標操舵角設定部71によって設定される反力側目標操舵角θhr*に近づくように制御される。また、角速度偏差演算部75およびPI制御部76は、角速度フィードバック制御手段を構成している。この角速度フィードバック制御手段の働きによって、操舵角速度ωhが、PI制御部73によって演算される目標操舵角速度ωh*に近づくように制御される。また、電流偏差演算部77およびPI制御部78は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、反力モータ14に流れるモータ電流が、PI制御部76から出力される目標二相電流Idq *に近づくように制御される。
The angle
図6は、クラッチ制御部90によるクラッチ正常異常判定処理の手順を示すフローチャートである。
イグニッションキーがオン位置に操作されると(ステップS1)、クラッチ制御部90は、クラッチ6を通電状態(解放状態)にすることなく、つまり、クラッチ6を締結状態にしたままで、軸方向荷重センサ39によって検出される軸方向荷重Fを第1の軸方向荷重F1として取得する(ステップS2)。
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of clutch normal / abnormal determination processing by the
When the ignition key is operated to the on position (step S1), the
次に、クラッチ制御部90は、クラッチ6を締結状態にしたままで、反力モータ14を一方向に回転駆動させる(ステップS3)。反力モータ14を一方向に回転駆動させるには、クラッチ制御部90は、例えば、図5に二点鎖線で示すように、電流偏差演算部77に予め設定された所定の目標二相電流idq *を与えればよい。これにより、反力モータ14によって回転力が発生する。反力モータ14によって発生した回転力は、クラッチ6が正常であれば、減速機13およびクラッチ6を介して第1ピニオン軸16に伝達される。第1ピニオン軸16に伝達された回転力は、第1ピニオン19および第1ラック20によって、ラック軸17の軸方向力に変換され、転舵輪3に伝達される。転舵輪3に作用する軸方向荷重Fは、ハブユニット(図示略)に設けられている軸方向荷重センサ39によって検出される。
Next, the
クラッチ制御部90は、反力モータ14が駆動されている状態で、軸方向荷重センサ39によって検出される軸方向荷重Fを第2の軸方向荷重F2として取得する(ステップS4)。そして、クラッチ制御部90は、前記ステップS2で取得した第1の軸方向荷重F1と前記ステップS4で取得した第2の軸方向荷重F2との差の絶対値|F2−F1|が所定の閾値α(α>0)以上であるか否かを判別する(ステップS5)。
The
前記絶対値|F2−F1|が閾値α以上である場合には(ステップS5:YES)、クラッチ制御部90は、クラッチ6は正常であると判定し、ステップS6に移行する。これは、クラッチ6が正常に締結されていれば、反力モータ14が駆動されることによって、転舵輪3に作用する軸方向荷重Fが変化するからである。
ステップS6では、クラッチ制御部90は、反力モータ14の駆動を停止する。この後、クラッチ制御部90は、クラッチ6に通電してクラッチ6を解放状態にする(ステップS7)。そして、クラッチ制御部90は、転舵モータ制御部50および反力モータ制御部70にステアバイワイヤモード(SBWモード)での制御を開始させる(ステップS8)。
If the absolute value | F2-F1 | is equal to or greater than the threshold value α (step S5: YES), the
In step S <b> 6, the
前記ステップS5において、前記絶対値|F2−F1|が閾値α未満であると判別された場合には(ステップS5:NO)、クラッチ制御部90は、クラッチ6は異常であると判定し、反力モータ14の駆動を停止した後(ステップS9)、クラッチ異常のフェールセーフ処理に移行する(ステップS10)。クラッチ異常のフェールセーフ処理では、クラッチ制御部90は、例えば、クラッチ6が異常である旨を報知するための表示を行うとともに、エンジンの始動を禁止する。
If it is determined in step S5 that the absolute value | F2-F1 | is less than the threshold value α (step S5: NO), the
前記実施形態では、転舵輪3のハブユニットに設けられ、当該転舵輪3に作用する軸方向荷重Fを検出するための軸方向荷重センサ39を利用して、クラッチ6が正常であるか異常であるかを判定できる。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、操舵角θhは反力モータ14の回転角を検出する回転角センサ15の出力に基づいて演算されている。しかし、図1に一点鎖線11で示すように、ステアリングシャフト5の近傍にステアリングシャフト5の回転角を検出する操舵角センサを設け、当該操舵角センサによって操舵角θhを検出するようにしてもよい。この場合には、反力モータ制御部70内の操舵角演算部83を省略できる。
In the above embodiment, the
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the above-described embodiment, the steering angle θh is calculated based on the output of the
また、前述の実施形態では、転舵角センサ37によって転舵角δを検出しているが、転舵モータ31の回転角を検出するための回転角センサ36の出力信号に基づいて、転舵角δを演算するようにしてもよい。この場合には、転舵角センサ37を省略できる。
この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In the above-described embodiment, the turning
The present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.
1…車両用操舵装置、2…ステアリングホイール、6…クラッチ、3…転舵輪、4…転舵機構、5…ステアリングシャフト、14…反力モータ、15…回転角センサ、31…転舵モータ、36…回転角センサ、37…転舵角センサ、39…軸方向荷重センサ、40…ECU、41…マイクロコンピュータ、50…転舵モータ制御部、70…反力モータ制御部、83…操舵角演算部、90…クラッチ制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle steering device, 2 ... Steering wheel, 6 ... Clutch, 3 ... Steering wheel, 4 ... Steering mechanism, 5 ... Steering shaft, 14 ... Reaction force motor, 15 ... Rotation angle sensor, 31 ... Steering motor, 36: Rotation angle sensor, 37: Steering angle sensor, 39 ... Axial load sensor, 40 ... ECU, 41 ... Microcomputer, 50 ... Steering motor control unit, 70 ... Reaction force motor control unit, 83 ... Steering angle calculation Part, 90 ... clutch control part
Claims (2)
転舵輪を転舵させるための転舵機構と、
前記操舵部材と前記転舵輪との間の動力伝達経路に設けられたクラッチと、
前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記操舵部材側の部分に連結され、前記操舵部材に操舵反力を付与するための反力モータと、
前記動力伝達経路における前記クラッチよりも前記転舵輪側の部分に連結され、前記転舵輪を転舵させるための転舵モータと、
少なくとも1つの前記転舵輪のハブユニットに設けられ、当該転舵輪に作用する軸方向荷重を検出するための軸方向荷重センサと、
前記クラッチの締結状態時に、前記反力モータを駆動し、前記反力モータの駆動前の前記軸方向荷重センサの検出値と前記反力モータの駆動中の前記軸方向荷重センサの検出値とに基づいて、前記クラッチが正常であるか異常であるか判定する判定手段とを含む、車両用操舵装置。 A steering member for steering the vehicle;
A steering mechanism for turning the steered wheels;
A clutch provided in a power transmission path between the steering member and the steered wheel;
A reaction force motor coupled to a portion closer to the steering member than the clutch in the power transmission path, and for applying a steering reaction force to the steering member;
A steered motor that is connected to the steered wheel side of the clutch in the power transmission path, and steers the steered wheel;
An axial load sensor provided on a hub unit of at least one steered wheel for detecting an axial load acting on the steered wheel;
When the clutch is engaged, the reaction force motor is driven, and the detected value of the axial load sensor before the reaction force motor is driven and the detected value of the axial load sensor during the driving of the reaction force motor. A vehicle steering apparatus including: a determination unit that determines whether the clutch is normal or abnormal based on the determination unit.
前記クラッチの締結状態時に、前記軸方向荷重センサの検出値を第1の検出値として取得する手段と、
前記反力モータを駆動し、前記反力モータが駆動されている状態で、前記軸方向荷重センサの検出値を第2の検出値として取得する手段と、
前記第1の検出値と前記第2の検出値との差の絶対値が、所定の閾値以上であるか否かを判別する手段と、
前記絶対値が前記閾値以上であるときには、前記クラッチが正常であると判定し、前記絶対値が前記閾値未満であるときには、前記クラッチが異常であると判定する手段とを含む、請求項1に記載の車両用操舵装置。 The determination means includes
Means for acquiring a detection value of the axial load sensor as a first detection value when the clutch is engaged;
Means for driving the reaction force motor and obtaining a detection value of the axial load sensor as a second detection value in a state where the reaction force motor is driven;
Means for determining whether an absolute value of a difference between the first detection value and the second detection value is equal to or greater than a predetermined threshold;
The means for determining that the clutch is normal when the absolute value is equal to or greater than the threshold value, and means for determining that the clutch is abnormal when the absolute value is less than the threshold value. The steering apparatus for vehicles as described.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016186156A JP2018047876A (en) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Vehicular steering device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2016186156A JP2018047876A (en) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Vehicular steering device |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022157218A1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | Thyssenkrupp Presta Ag | Steer-by-wire steering system comprising an adapted control signal, and method for operating a steer-by-wire steering system |
-
2016
- 2016-09-23 JP JP2016186156A patent/JP2018047876A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022157218A1 (en) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | Thyssenkrupp Presta Ag | Steer-by-wire steering system comprising an adapted control signal, and method for operating a steer-by-wire steering system |
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