JP2020083058A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステアバイワイヤ方式の車両の電源装置において異常が発生した場合に、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間を増加させる。【解決手段】ステアバイワイヤ方式の車両は、ステアリングホイールと、転舵アクチュエータの作動によって車輪を転舵する転舵装置と、転舵アクチュエータに電力を供給する電源装置と、を備える。電源装置は、予備電源を含む。車両の制御装置は、ステアリングホイールの操作に応じて転舵アクチュエータを制御することによって、車輪の転舵を制御する。予備電源から転舵アクチュエータに電力が供給される場合、制御装置は、転舵アクチュエータの出力を制限する。【選択図】図３

Description

本発明は、ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置に関する。

特許文献１は、ステアバイワイヤ方式の車両の操舵制御装置を開示している。操舵制御装置は、操舵ハンドルと操舵反力アクチュエータを有する操舵部と、操向車輪と転舵アクチュエータを有する転舵部と、を備える。操舵部と転舵部は、バックアップ手段を介して、機械的に分離・連結可能である。操舵制御装置は、更に、車両の走行にかかわるバッテリへの充電が可能であるか否かを判定する充電可否判定手段を備える。バッテリへの充電が不可能な状態にある場合、操舵制御装置は、バックアップ手段を介して操舵部と転舵部とを連結する。更に、操舵制御装置は、操舵反力を増大させる。

特開２００７−０５５４５３号公報

ステアバイワイヤ方式の車両は、転舵アクチュエータの作動によって車輪を転舵する転舵装置を備える。転舵アクチュエータには電源装置から電力が供給される。その電源装置において異常が発生した場合であっても、ステアバイワイヤ方式の転舵を可能な限り継続することが望まれる。そのために、電源装置において異常が発生した場合、予備電源から転舵アクチュエータに電力を供給することが考えられる。しかしながら、予備電源の容量には限りがある。

本発明の１つの目的は、ステアバイワイヤ方式の車両の電源装置において異常が発生した場合に、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間を増加させることができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点は、ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置に関連する。
前記車両は、
ステアリングホイールと、
転舵アクチュエータの作動によって車輪を転舵する転舵装置と、
前記転舵アクチュエータに電力を供給する電源装置と
を備える。
前記電源装置は、予備電源を含む。
前記制御装置は、
前記ステアリングホイールの操作に応じて前記転舵アクチュエータを制御することによって、前記車輪の転舵を制御し、
前記予備電源から前記転舵アクチュエータに前記電力が供給される場合、前記転舵アクチュエータの出力を制限する。

本発明によれば、予備電源から転舵アクチュエータに電力が供給される場合、制御装置は、転舵アクチュエータの出力を制限する出力制限処理を実行する。これにより、転舵アクチュエータによる電力消費が抑えられ、予備電源が効率的に使用されることになる。その結果、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間が増加する。

比較例として、転舵アクチュエータによる電力消費を抑えるために、ステアリングホイールに付与される反力トルクを増加させ、ステアリングホイールを操作しにくくすることも考えられる。しかしながら、反力トルクが増加したとしても、ドライバは反力トルク以上の操舵力でステアリングホイールを操作する可能性がある。その場合は、結局、予備電源から転舵アクチュエータに大電流が流れるため転舵アクチュエータによる電力消費が抑制されない。結果として、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間が減少する。

本発明によれば、ステアリングホイールに付与される反力トルクが増加する代わりに、転舵アクチュエータの出力が制限される。従って、ドライバによるステアリングホイールの操作量にかかわらず、転舵アクチュエータによる電力消費を効果的に抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの電源装置の構成例を概略的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る出力制限処理の一例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る出力制限処理の他の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係るステアバイワイヤシステムの制御装置による処理を示すフローチャートである。 極低温環境において出力制限処理が実行されない場合の予備電源の出力を概念的に示すタイミングチャートである。 極低温環境において出力制限処理が実行される場合の予備電源の出力を概念的に示すタイミングチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．ステアバイワイヤシステム
図１は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１の構成例を概略的に示すブロック図である。ステアバイワイヤシステム１は、車両に搭載されており、ステアバイワイヤ方式で車両の車輪ＷＨを転舵する。つまり、ステアバイワイヤシステム１は、ステアバイワイヤ方式の車両を実現する。

図１に示される例において、ステアバイワイヤシステム１は、ステアリングホイール１０、ステアリングシャフト２０、反力発生装置３０、転舵装置４０、センサ群（５１〜５３）、制御装置１００、及び電源装置２００を備えている。

ステアリングホイール１０（ハンドル）は、ドライバが操舵に用いる操作部材である。ステアリングシャフト２０は、ステアリングホイール１０に連結されており、ステアリングホイール１０と共に回転する。

反力発生装置３０は、ステアリングホイール１０に対して反力トルクを擬似的に付与する。具体的には、反力発生装置３０は、反力モータ３１（反力アクチュエータ）を含んでいる。反力モータ３１のロータは、減速機３２を介してステアリングシャフト２０につながっている。反力モータ３１を作動させることにより、ステアリングシャフト２０ひいてはステアリングホイール１０に反力トルクを付与することができる。この反力発生装置３０の動作は、制御装置１００によって制御される。

転舵装置４０は、車輪ＷＨを転舵する。より詳細には、転舵装置４０は、転舵アクチュエータ４１を含んでおり、転舵アクチュエータ４１の作動によって車輪ＷＨを転舵する。例えば、転舵アクチュエータ４１は、転舵モータである。転舵モータのロータは、減速機４２を介して転舵軸４３につながっている。転舵軸４３は、車輪ＷＨに連結されている。転舵モータが回転すると、その回転運動は転舵軸４３の直線運動に変換され、それにより車輪ＷＨが転舵される。すなわち、転舵モータの回転により、車輪ＷＨを転舵することができる。転舵モータはリニアモータであっても構わない。転舵アクチュエータ４１の動作は、制御装置１００によって制御される。

尚、反力発生装置３０と転舵装置４０とは、機械的に分離されている。

操舵角センサ５１は、ステアリングホイール１０の操舵角θを検出する。操舵角センサ５１は、検出した操舵角θの情報を制御装置１００に送る。

操舵トルクセンサ５２は、ステアリングシャフト２０に印加される操舵トルクＴを検出する。操舵トルクセンサ５２は、検出した操舵トルクＴの情報を制御装置１００に送る。

車速センサ５３は、車両の速度である車速Ｖを検出する。車速センサ５３は、検出した車速Ｖの情報を制御装置１００に送る。尚、車速センサ５３の代わりに車輪速センサを用い、各車輪の回転速度から車速Ｖが算出されてもよい。

制御装置１００は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１を制御する。この制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータを含んでいる。当該マイクロコンピュータは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。

制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて転舵アクチュエータ４１を制御することによって、車輪ＷＨの転舵を制御する。例えば、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて目標転舵角を算出する。そして、制御装置１００は、車輪ＷＨの転舵角が目標転舵角となるように、転舵アクチュエータ４１を制御する。例えば転舵モータの場合、制御装置１００は、転舵モータの回転角と目標転舵角に基づいて、転舵モータを駆動するための電流制御信号を生成する。転舵モータは電流制御信号に従って駆動され、転舵モータの回転により車輪ＷＨが転舵される。

また、制御装置１００は、ステアリングホイール１０の操作に応じて反力モータ３１を制御することによって、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクを制御する。例えば、制御装置１００は、操舵角θ、車速Ｖ等に基づいて目標反力トルクを算出する。そして、制御装置１００は、目標反力トルクが発生するように反力モータ３１を制御する。より詳細には、制御装置１００は、目標反力トルク、反力モータ３１の回転角、操舵トルクＴ等に基づいて、反力モータ３１を駆動するための電流制御信号を生成する。反力モータ３１は電流制御信号に従って駆動され、それにより反力トルクが発生する。

尚、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１を制御するための第１の制御装置と、反力モータ３１を制御するための第２の制御装置とを別々に含んでいてもよい。

電源装置２００は、ステアバイワイヤシステム１の各構成要素（反力モータ３１、転舵アクチュエータ４１、制御装置１００、等）に電力を供給する。電源装置２００は、電力供給線ＰＬを介して各構成要素に接続されている。電源装置２００は、電力供給線ＰＬを介して各構成要素に電力を供給する。また、電源装置２００は、電源装置２００の状態を示す電源状態情報ＳＴＡを制御装置１００に送る。

更に、電源装置２００は、予備電源２５０を含んでいる。電源装置２００において異常（電源失陥等）が発生した場合、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１等に電力が供給される。

２．電源装置の構成例
図２は、本実施の形態に係る電源装置２００の構成例を概略的に示すブロック図である。図２に示される例において、電源装置２００は、メイン電源２１０、バックアップ電源２２０、スイッチ回路２３０、及び電源コントローラ２４０を含んでいる。

メイン電源２１０は、発電機（オルタネータ）２１１と補機バッテリ２１２を含んでいる。電源コントローラ２４０は、センサ検出結果から、メイン電源２１０の状態を示す電源状態情報を取得する。あるいは、メイン電源２１０は、メイン電源２１０の状態を示すメイン電源状態情報を電源コントローラ２４０に送る。例えば、メイン電源状態情報は、発電機２１１の動作状態と出力電圧、補機バッテリ２１２の動作状態、出力電圧、残存電力、等を含む。

バックアップ電源２２０は、メイン電源２１０の故障（失陥）時にバックアップとして用いられる電源である。例えば、バックアップ電源２２０は、バックアップバッテリ（蓄電デバイス）を含んでいる。電源コントローラ２４０は、センサ検出結果から、バックアップ電源２２０の状態を示すバックアップ電源状態情報を取得する。あるいは、バックアップ電源２２０は、バックアップ電源２２０の状態を示すバックアップ電源状態情報を電源コントローラ２４０に送る。例えば、バックアップ電源状態情報は、バックアップバッテリの動作状態、出力電圧、残存電力、等を含む。

スイッチ回路２３０は、メイン電源２１０の出力端子とバックアップ電源の出力端子の少なくとも一方を電力供給線ＰＬと電気的に接続する。

電源コントローラ２４０は、電源装置２００を制御する。例えば、電源コントローラ２４０は、メイン電源状態情報に基づいてメイン電源２１０を制御する。また、電源コントローラ２４０は、バックアップ電源状態情報に基づいてバックアップ電源２２０を制御する。更に、電源コントローラ２４０は、必要に応じて、スイッチ回路２３０を制御し、メイン電源２１０とバックアップ電源２２０の切り替えを行う。

また、電源コントローラ２４０は、制御装置１００と通信可能に接続されている。電源コントローラ２４０は、電源装置２００の状態を示す電源状態情報ＳＴＡを制御装置１００に送る。電源状態情報ＳＴＡは、メイン電源状態情報、バックアップ電源状態情報、電源選択状態、等を含んでいる。電源選択状態は、メイン電源２１０とバックアップ電源２２０のいずれが選択されているかを示す。

ここで、電源装置２００において異常が発生した場合を考える。例えば、発電機２１１が故障し、発電が行われなくなる場合を考える。この場合、電源コントローラ２４０は、補機バッテリ２１２から電力供給線ＰＬに電力が供給されるように、メイン電源２１０を制御する。あるいは、電源コントローラ２４０は、電源がメイン電源２１０からバックアップ電源２２０に切り替わるようにスイッチ回路２３０を制御してもよい。つまり、電源コントローラ２４０は、バックアップ電源２２０から電力供給線ＰＬに電力が供給されるように、バックアップ電源２２０及びスイッチ回路２３０を制御してもよい。補機バッテリ２１２及びバックアップ電源２２０は、上述の「予備電源２５０」を構成していると言える。

３．出力制限処理
電源装置２００において異常が発生した場合であっても、ステアバイワイヤ方式の転舵を可能な限り継続することが望まれる。そのために、電源装置２００において異常が発生した場合、上述の通り、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に電力が供給される。しかしながら、予備電源２５０の容量には限りがある。

そこで、本実施の形態によれば、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に電力が供給される場合、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１の出力を制限する「出力制限処理」を実行する。

図３は、出力制限処理の一例を説明するための概念図である。横軸は時間を表し、縦軸は転舵アクチュエータ４１の出力（出力トルク）を表している。出力制限処理において、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１を駆動する駆動電流（つまり、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に引き込まれる電流）に制限をかける。言い換えれば、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１を駆動する駆動電流の上限値を通常時よりも低下させる。これにより、転舵アクチュエータ４１の出力が制限される。

図４は、出力制限処理の他の例を説明するための概念図である。図４のフォーマットは、図３と同じである。出力制限処理において、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１の応答性が抑制されるように、転舵アクチュエータ４１を制御する際の制御定数（例：ＰＩＤゲイン）を調整する。応答性が抑制されることにより、転舵アクチュエータ４１の出力が制限される。

尚、出力制限処理は、安全を十分に担保した範囲で実施される。例えば、出力制限状態でも、従来ＥＰＳのアシスト制限状態よりは、操舵が可能なレベルとする。あるいは、法規要求の操舵力は担保する。

このように、本実施の形態によれば、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に電力が供給される場合、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１の出力を制限する出力制限処理を実行する。これにより、転舵アクチュエータ４１による電力消費が抑えられ、予備電源２５０が効率的に使用されることになる。その結果、出力制限処理が実行されない場合と比較して、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間が増加する。

４．制御装置による処理フロー
図５は、本実施の形態に係るステアバイワイヤシステム１の制御装置１００による処理を示すフローチャートである。図５に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１００において、制御装置１００は、「出力制限条件」が成立するか否かを判定する。出力制限条件は、出力制限処理の実行が要求される条件である。例えば、出力制限条件は、電源装置２００において異常が発生し、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に電力が供給されることである。制御装置１００は、電源コントローラ２４０から送られる電源状態情報ＳＴＡに基づいて、出力制限条件が成立するか否かを判定することができる。

出力制限条件が成立しない場合（ステップＳ１００；Ｎｏ）、今回のサイクルにおける処理は終了する。一方、出力制限条件が成立する場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２００に進む。

ステップＳ２００において、制御装置１００は、出力制限処理における転舵アクチュエータ４１の出力制限量（出力制限幅）を決定する。例えば、制御装置１００は、電源コントローラ２４０から送られる電源状態情報ＳＴＡに基づいて、予備電源２５０（補機バッテリ２１２あるいはバックアップ電源２２０）の残存電力を把握する。そして、制御装置１００は、予備電源２５０の残存電力に応じて出力制限量を決定する。例えば、制御装置１００は、予備電源２５０の残存電力が少なくなるにつれて、出力制限量（出力制限幅）をより大きく設定する。

ステップＳ３００において、制御装置１００は、ステップＳ２００で決定された出力制限量に従って出力制限処理を実行する（図３及び図４を参照）。図３で示された例の場合、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１を駆動する駆動電流に制限をかける。出力制限量が大きくなるにつれて、駆動電流の上限値は小さくなる。図４で示された例の場合、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１の応答性が抑制されるように、転舵アクチュエータ４１を制御する際の制御定数（例：ＰＩＤゲイン）を調整する。出力制限量が大きくなるにつれて、転舵アクチュエータ４１の応答性は低くなる。

５．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に電力が供給される場合、制御装置１００は、転舵アクチュエータ４１の出力を制限する出力制限処理を実行する。これにより、転舵アクチュエータ４１による電力消費が抑えられ、予備電源２５０が効率的に使用されることになる。その結果、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間が増加する。

比較例として、転舵アクチュエータ４１による電力消費を抑えるために、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクを増加させ、ステアリングホイール１０を操作しにくくすることも考えられる。しかしながら、反力トルクが増加したとしても、ドライバは反力トルク以上の操舵力でステアリングホイール１０を操作する可能性がある。その場合は、結局、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に大電流が流れるため、転舵アクチュエータ４１による電力消費が抑制されない。結果として、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間が減少する。

本実施の形態によれば、ステアリングホイール１０に付与される反力トルクが増加する代わりに、転舵アクチュエータ４１の出力が制限される。従って、ドライバによるステアリングホイール１０の操作量にかかわらず、転舵アクチュエータ４１による電力消費を効果的に抑えることが可能となる。

制御装置１００は、予備電源２５０の残存電力に応じて出力制限量を決定してもよい。例えば、制御装置１００は、予備電源２５０の残存電力が少なくなるにつれて、出力制限量をより大きく設定してもよい。残存電力が比較的大きい状況では、転舵アクチュエータ４１の出力がある程度確保される。すなわち、転舵アクチュエータ４１の出力確保と電力消費の抑制の両立が可能となる。

また、本実施の形態は、極低温環境においても有効である。極低温環境では、通常温度環境と比較して、予備電源２５０（補機バッテリ２１２あるいはバックアップ電源２２０）の内部抵抗が大きくなる。その結果、予備電源２５０における電圧降下量（ＩＲドロップ）が増大し、予備電源２５０の出力電圧が顕著に低下する。

図６は、極低温環境において出力制限処理が実行されない場合の予備電源２５０の出力（出力電流、出力電圧）を概念的に示している。出力制限処理が実行されないため、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に引き込まれる電流は制限されない。そのため、予備電源２５０の出力電圧の低下量は大きいままである。

図６中の動作下限電圧ＬＩＭは、転舵アクチュエータ４１の動作に最低限必要な出力電圧である。動作下限電圧ＬＩＭ以上の出力電圧が出力される時間（出力可能時間）は、ステアバイワイヤ方式の転舵継続時間に相当する。出力制限処理が実行されない場合、出力可能時間は短く、結果として転舵継続時間も短くなる。

一方、図７は、極低温環境において出力制限処理が実行される場合の予備電源２５０の出力（出力電流、出力電圧）を概念的に示している。出力制限処理が実行されるため、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に引き込まれる電流は制限される。特に、予備電源２５０の残存電力が少なくなるにつれて、予備電源２５０から転舵アクチュエータ４１に引き込まれる電流は減少する。これにより、転舵アクチュエータ４１の動作に必要な出力電圧を確保しつつ、電力消費を抑制することが可能となる。その結果、出力可能時間が長くなり、転舵継続時間も長くなる。

予備電源２５０においてバッテリの並列数が少ない場合も、予備電源２５０の内部抵抗は大きい。この場合も、極低温環境の場合と同様である。

１ ステアバイワイヤシステム
１０ ステアリングホイール（ハンドル）
２０ ステアリングシャフト
３０ 反力発生装置
３１ 反力モータ
４０ 転舵装置
４１ 転舵アクチュエータ
５１ 操舵角センサ
５２ 操舵トルクセンサ
５３ 車速センサ
１００ 制御装置
２００ 電源装置
２１０ メイン電源
２１１ 発電機
２１２ 補機バッテリ
２２０ バックアップ電源
２３０ スイッチ回路
２４０ 電源コントローラ
２５０ 予備電源
ＰＬ 電力供給線
ＳＴＡ 電源状態情報
ＷＨ 車輪（転舵輪）

Claims (1)

1. ステアバイワイヤ方式の車両の制御装置であって、
   前記車両は、
   ステアリングホイールと、
   転舵アクチュエータの作動によって車輪を転舵する転舵装置と、
   前記転舵アクチュエータに電力を供給する電源装置と
   を備え、
   前記電源装置は、予備電源を含み、
   前記制御装置は、
   前記ステアリングホイールの操作に応じて前記転舵アクチュエータを制御することによって、前記車輪の転舵を制御し、
   前記予備電源から前記転舵アクチュエータに前記電力が供給される場合、前記転舵アクチュエータの出力を制限する
   制御装置。

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