JP2022081301A - 異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵ユニットの異常を精度良く検出できる異常検出装置を提供する。
【解決手段】操舵制御装置は、転舵ユニットの異常を検出する異常検出処理を実行する。異常検出処理は、第１ピニオン角θp1を取得する第１状態量取得処理（ステップ１０３）と、第２ピニオン角θp2を取得する第２状態量取得処理（ステップ１０４）と、第１ピニオン角θp1と第２ピニオン角θp2との差分Δθpを演算する差分演算処理（ステップ１０５）と、差分Δθpの絶対値と差分閾値Δθthとの大小比較を行う判定処理（ステップ１０６）と、を含む。そして、差分Δθpの絶対値が差分閾値Δθthよりも大きい場合に転舵ユニットの異常を検出する。操舵制御装置は、実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉthよりも大きい場合には、判定処理を実行しない。
【選択図】図２

Description

本発明は、異常検出装置に関する。

従来、車両の操舵装置には、ステアリングホイールが連結される操舵ユニットと転舵輪を転舵させる転舵ユニットとの間の動力伝達路が分離されたステアバイワイヤ式のものがある。例えば特許文献１の操舵装置を構成する転舵ユニットは、駆動源であるモータと、転舵輪に連結される転舵軸と、モータのトルクを転舵軸に伝達する動力伝達機構とを備える。

ところで、例えば動力伝達機構の異常により、モータのトルクを転舵軸に対して円滑に伝達できない状況となるおそれがある。そこで、上記特許文献１の操舵装置を制御する操舵制御装置は、モータの回転角と転舵輪の転舵角との関係に基づいて、転舵ユニットの異常を検出する。詳しくは、操舵制御装置は、動力伝達機構が正常な場合におけるモータの回転角と転舵角との関係を予め記憶している。そして、正常な場合におけるモータの回転角と転舵角の関係と、実際に検出されるモータの回転角と転舵角との関係とを比較することにより、転舵ユニットの異常を検出する。

特開２０１５－１６０５０４号公報

ところで、近年、操舵装置の異常検出に関しては、より一層の高い正確性が要求されるようになっている。そのため、転舵ユニットの異常をより精度良く検出することのできる新たな技術の創出が求められている。なお、このような問題は、ステアバイワイヤ式の操舵装置を構成する転舵ユニットに限らず、例えば電動パワーステアリング装置を構成する転舵ユニットにおいても、同様に生じ得る。

本発明の目的は、転舵ユニットの異常を精度良く検出できる異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決する異常検出装置は、駆動源であるモータと、転舵輪に連結される転舵軸と、前記モータのトルクを前記転舵軸に伝達する動力伝達機構と、前記モータの回転角を検出する第１センサと、前記動力伝達機構を介して前記モータに機械的に接続される連動部材の位置情報を示す連動状態量を検出する第２センサと、前記モータに供給される実電流値を検出する電流センサと、を備える転舵ユニットの異常を検出するものであって、異常検出処理を実行する処理回路を備え、前記異常検出処理は、前記第１センサにより検出される前記回転角に基づいて、前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能部材の位置情報を示す第１状態量を取得する第１状態量取得処理と、前記第２センサにより検出される前記連動状態量に基づいて、前記換算可能部材の位置情報を示す第２状態量を取得する第２状態量取得処理と、前記第１状態量と前記第２状態量との差分を演算する差分演算処理と、前記差分の絶対値と差分閾値との大小比較を行う判定処理と、を含み、前記差分の絶対値が前記差分閾値よりも大きい場合に前記転舵ユニットの異常を検出する処理であって、前記処理回路は、前記実電流値の絶対値が電流閾値よりも大きい場合には、前記判定処理を実行しない。

第１状態量と第２状態量とは、それぞれ換算可能部材の位置情報を示す。そのため、転舵ユニットが正常である場合には、第１状態量と第２状態量との差分の絶対値は、差分閾値以下になる。ここで、モータに供給される実電流値の絶対値が大きい場合、すなわちモータが大きなトルクが出力している場合には、例えば動力伝達機構の各構成部品に大きな力が作用する。そのため、例えば動力伝達機構の各構成部品が弾性的に変形することでモータの回転角が変化しても、連動部材の位置情報を示す連動状態量が変化しないことがある。つまり、第１状態量が変化しても、第２状態量が変化しないことで、差分の絶対値が大きくなることがある。したがって、実電流値の絶対値が大きい場合には、転舵ユニットが正常でも差分の絶対値が差分閾値よりも大きくなるおそれがある。

この点、上記構成によれば、処理回路は、実電流値の絶対値が電流閾値よりも大きい場合には、判定処理を実行しない。そのため、例えば動力伝達機構の各構成部品の弾性的な変形に起因して、転舵ユニットが正常な場合に誤って異常であると判定することを抑制できる。

上記異常検出装置において、前記転舵ユニットは、運転者により操舵される操舵ユニットとの間の動力伝達路が分離したものであることが好ましい。

操舵装置の概略構成図。 操舵制御装置による転舵ユニットの異常検出処理の処理手順の一例を示すフローチャート。

以下、異常検出装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、操舵制御装置１の制御対象である操舵装置２はステアバイワイヤ式の操舵装置として構成されている。操舵装置２は、ステアリングホイール３を介して運転者により操舵される操舵ユニット４と、運転者による操舵ユニット４の操舵に応じて転舵輪５を転舵させる転舵ユニット６とを備えている。本実施形態の操舵装置２は、操舵ユニット４と、転舵ユニット６との間の動力伝達路が機械的に常時分離した構造を有している。

操舵ユニット４は、ステアリングホイール３が連結されるステアリングシャフト１１と、ステアリングホイール３に対して操舵に抗する力である操舵反力を付与する操舵側アクチュエータ１２とを備えている。

操舵側アクチュエータ１２は、操舵側モータ１３と、減速機１４とを備えている。減速機１４には、例えばウォームアンドホイール機構が採用されている。操舵側モータ１３は、減速機１４を介してステアリングシャフト１１に連結されている。これにより、操舵反力は、ステアリングシャフト１１を介してステアリングホイール３に付与される。

転舵ユニット６は、ピニオン軸２１と、ピニオン軸２１に連結された転舵軸であるラック軸２２と、ラック軸２２を往復動可能に収容するラックハウジング２３と、ピニオン軸２１及びラック軸２２を有するラックアンドピニオン機構２４とを備えている。ラック軸２２とピニオン軸２１とは、ラックハウジング２３内に所定の交差角をもって配置されている。ラックアンドピニオン機構２４は、ピニオン軸２１に形成されたピニオン歯２１ａとラック軸２２に形成されたラック歯２２ａとが噛合されることで構成されている。これにより、ピニオン軸２１は、ラック軸２２の往復動に応じて回転する。また、ラック軸２２の両端には、ボールジョイント２５を介してタイロッド２６が連結されている。タイロッド２６の先端は、転舵輪５が組み付けられた図示しないナックルに連結されている。

また、転舵ユニット６は、ラック軸２２に転舵輪５を転舵させる力である転舵力を付与する転舵側アクチュエータ３１を備えている。転舵側アクチュエータ３１は、駆動源である転舵側モータ３２と、転舵側モータ３２のトルクをラック軸２２に伝達する動力伝達機構３３とを備えている。本実施形態の動力伝達機構３３は、ベルト機構３４と、ボール螺子機構３５とを備えている。

ベルト機構３４は、一対のプーリ４１，４２と、一対のプーリ４１，４２間に巻き掛けられるベルト４３を含む。一対のプーリ４１，４２の材質は樹脂であり、ベルト４３の材質はゴムである。ボール螺子機構３５は、ラック軸２２に形成された螺子部２２ｂと、螺子部２２ｂに複数のボール４５を介して螺合するボール螺子ナット４６とを含む。プーリ４１は、転舵側モータ３２の回転軸３２ａに連結されている。プーリ４２は、ボール螺子ナット４６の外周に固定されている。したがって、ピニオン軸２１は、ラックアンドピニオン機構２４及び動力伝達機構３３を介して転舵側モータ３２に機械的に連結されている。つまり、本実施形態では、ピニオン軸２１が連動部材に相当する。

転舵側アクチュエータ３１は、転舵側モータ３２の回転をベルト機構３４を介してボール螺子機構３５に伝達し、ボール螺子機構３５にてラック軸２２の往復動に変換することで転舵ユニット６に転舵力を付与する。

このように構成された操舵装置２では、運転者によるステアリング操作に応じて転舵側アクチュエータ３１から転舵力が付与されることで、ラック軸２２が往復動し、転舵輪５の転舵角θiが変更される。このとき、操舵側アクチュエータ１２からは、運転者の操舵に抗する操舵反力がステアリングホイール３に付与される。

次に、本実施形態の電気的構成について説明する。
操舵制御装置１は、操舵側モータ１３及び転舵側モータ３２に接続されており、操舵側モータ１３及び転舵側モータ３２をそれぞれ操作する。また、操舵制御装置１は、転舵側モータ３２のトルクをラック軸２２に対して円滑に伝達できなくなるような転舵ユニット６の異常を検出する。つまり、操舵制御装置１は、異常検出装置に相当する。なお、操舵制御装置１により検出される異常には、例えば経年劣化によるベルト４３の恒久的な伸びの増加が含まれる。さらに、操舵制御装置１は、警告灯やスピーカ等からなる警告装置５１に接続されており、警告装置５１を操作する。

操舵制御装置１は、（１）コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、（２）各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、或いは（３）それらの組み合わせ、を含む処理回路によって構成することができる。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭおよびＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわち非一時的なコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。操舵制御装置１による各種制御は、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することによって実行される。

操舵制御装置１には、各種のセンサの検出結果が入力される。各種のセンサには、例えば車速センサ５２、トルクセンサ５３、操舵側回転角センサ５４、転舵側回転角センサ５５、ピニオン角センサ５６、操舵側電流センサ５７、及び転舵側電流センサ５８が含まれる。

車速センサ５２は、車両の走行速度である車速Ｖを検出する。トルクセンサ５３は、ステアリングシャフト１１に付与された操舵トルクＴhを検出する。操舵側回転角センサ５４は、操舵側モータ１３の回転軸１３ａの回転角θsを３６０°の範囲内の相対角で検出する。転舵側回転角センサ５５は、転舵側モータ３２の回転軸３２ａの回転角θtを相対角で検出する。ピニオン角センサ５６は、ピニオン軸２１の回転角である第２ピニオン角θp2を３６０°を超える範囲を含む絶対角で検出する。なお、第２ピニオン角θp2は、車両が直進するときの角度であるピニオン角中点よりも、例えば右側の角度である場合に正、左側の角度である場合に負の値とする。本実施形態では、ピニオン軸２１が連動部材に相当することから、第２ピニオン角θp2が連動状態量に相当する。また、転舵側回転角センサ５５が第１センサに相当し、ピニオン角センサ５６が第２センサに相当する。

操舵側電流センサ５７は、操舵側モータ１３に供給される実電流値Ｉsを検出する。実電流値Ｉsは、操舵側モータ１３が出力するトルクの大きさを示す。実電流値Ｉsは、例えば右方向にステアリングホイール３を回転させるトルクを発生させる場合に正、左方向にステアリングホイール３を回転させるトルクを発生させる場合に負の値とする。転舵側電流センサ５８は、転舵側モータ３２に供給される実電流値Ｉtを検出する。実電流値Ｉtは、転舵側モータ３２が出力するトルクの大きさを示す。実電流値Ｉtは、例えば右方向に転舵輪５を転舵させるトルクを発生させる場合に正、左方向に転舵輪５を転舵させるトルクを発生させる場合に負の値とする。

次に、操舵側モータ１３の操作を通じた反力制御の概要を説明する。
操舵制御装置１は、操舵トルクＴh及び車速Ｖに基づいて、操舵反力の目標値である目標反力トルクを演算する。そして、操舵制御装置１は、目標反力トルクに応じたモータトルクが発生するように操舵側モータ１３を操作する。これにより、操舵ユニット４に操舵反力が付与される。

次に、転舵側モータ３２の操作を通じた転舵制御の概要を説明する。
操舵制御装置１は、操舵側モータ１３の回転角θsに基づいて、ステアリングシャフト１１の回転角である操舵角θhを演算する。具体的には、操舵制御装置１は、例えばステアリング中点からの操舵側モータ１３の回転数をカウントしており、ステアリング中点を原点として回転角θsを積算した角度である積算角を演算する。なお、ステアリング中点は、ステアリングホイール３が操舵可能範囲の中心にあるときの操舵角θhである。そして、操舵制御装置１は、この積算角に減速機１４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、ステアリングホイール３の操舵角θhを演算する。なお、操舵角θhは、ステアリング中点よりも、例えば右側の角度である場合に正、左側の角度である場合に負の値とする。

操舵制御装置１は、例えばピニオン角中点からの転舵側モータ３２の回転数をカウントしており、ピニオン角中点を原点として回転角θtを積算した角度である積算角を演算する。そして、操舵制御装置１は、この積算角にベルト機構３４の減速比、ボール螺子機構３５のリード、及びラックアンドピニオン機構２４の回転速度比に基づく換算係数を乗算することにより、転舵輪５の転舵角θiに換算可能な第１ピニオン角θp1を演算する。つまり、第１ピニオン角θp1は、基本的にピニオン角センサ５６により検出される第２ピニオン角θp2と同一の角度になる。なお、第１ピニオン角θp1は、ピニオン角中点よりも、例えば右側の角度である場合に正、左側の角度である場合に負の値とする。

操舵制御装置１は、操舵角θhに基づいて、第１ピニオン角θp1の目標値である目標ピニオン角θp*を演算する。なお、一例として、操舵制御装置１は、操舵角θhに対して、該操舵角θh及び車速Ｖに応じて変更される伝達比を除算することにより得られた値を目標ピニオン角θp*とする。操舵制御装置１は、第１ピニオン角θp1が目標ピニオン角θp*に追従するようにフィードバック制御を実行することにより、転舵力の目標値である目標転舵トルクを演算する。そして、操舵制御装置１は、目標転舵トルクに応じたモータトルクが発生するように転舵側モータ３２を操作する。これにより、転舵ユニット６に転舵力が付与される。

次に、転舵ユニット６の異常検出処理について説明する。
ここで、上記のようにピニオン軸２１はラック軸２２の往復動に応じて回転することから、ピニオン軸２１の回転角は転舵輪５の転舵角θiに変換可能である。そのため、本実施形態では、ピニオン軸２１を換算可能部材としている。そして、上記のように回転角θtに基づいて演算される第１ピニオン角θp1が第１状態量に相当する。また、ピニオン角センサ５６により検出される第２ピニオン角θp2が第２状態量に相当する。

操舵制御装置１は、異常検出処理において、第１ピニオン角θp1を取得する。第１ピニオン角θp1は、上記転舵制御の実行過程で演算したものでもよいし、当該異常検出処理において転舵側モータ３２の回転角θtに基づいて別途演算したものでもよい。また、操舵制御装置１は、異常検出処理において、第２ピニオン角θp2を取得する。第２ピニオン角θp2は、上記転舵制御の実行過程で検出したものでもよいし、当該異常検出処理においてピニオン角センサ５６により別途検出したものでもよい。

操舵制御装置１は、第１ピニオン角θp1と第２ピニオン角θp2との差分Δθpを演算する。続いて、差分Δθpの絶対値と差分閾値Δθthとの大小比較を行う。そして、差分Δθpの絶対値が差分閾値Δθthよりも大きい場合に、転舵ユニット６が異常であると判定する。この判定の理由は、第１ピニオン角θp1と第２ピニオン角θp2とは、それぞれピニオン軸２１の位置情報を示すため、転舵ユニット６が正常である場合には、差分Δθpの絶対値が転舵ユニット６の各構成部品の公差に基づく差分閾値Δθth以下になるからである。一例として、差分閾値Δθthは、転舵ユニット６の各構成部品の公差を積算した範囲内で生じ得る差分Δθpの最大値以上の角度に設定される。

ところで、転舵側モータ３２に供給される実電流値Ｉtの絶対値が大きい場合、すなわち転舵側モータ３２が大きなトルクが出力している場合には、例えば動力伝達機構３３の各構成部品に大きな力が作用する。そのため、例えばベルト４３が弾性的に伸張することで転舵側モータ３２の回転角θtが変化しても、ピニオン軸２１の第２ピニオン角θp2が変化しないことがある。つまり、第１ピニオン角θp1が変化しても、第２ピニオン角θp2が変化しないことで、差分Δθpの絶対値が大きくなることがある。したがって、実電流値Ｉtの絶対値が大きい場合には、転舵ユニット６が正常でも差分Δθpの絶対値が差分閾値Δθthよりも大きくなるおそれがある。

そこで、本実施形態の操舵制御装置１は、実電流値Ｉtの絶対値が転舵ユニット６の各構成部品の剛性に基づく電流閾値Ｉthよりも大きい場合には、差分Δθpの絶対値と差分閾値Δθthとの大小比較に基づく判定処理を実行しない。換言すると、操舵制御装置１は、実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉth以下の場合にのみ判定処理を実行する。一例として、電流閾値Ｉthは、ベルト４３の弾性変形量と一対のプーリ４１，４２の弾性変形量との合計が過大になるようなトルクを発生させる電流値に設定されている。弾性変形量の合計が過大になるとは、例えばベルト４３及び一対のプーリ４１，４２の弾性変形により生じる差分Δθpの絶対値が、差分閾値Δθthの所定割合よりも大きくなる場合をいう。

次に、操舵制御装置１による異常検出処理の処理手順の一例を図２に示すフローチャートに従って説明する。異常検出処理は、所定の演算周期で繰り返し実行される。
図２に示すように、操舵制御装置１は、転舵側モータ３２の実電流値Ｉtを取得すると（ステップ１０１）、実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉthよりも大きいか否かを判定する（ステップ１０２）。実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉth以下の場合（ステップ１０２：ＮＯ）、ステップ１０３に移行する。

ステップ１０３において、操舵制御装置１は、第１状態量である第１ピニオン角θp1を取得する。続いて、第２状態量である第２ピニオン角θp2を取得し（ステップ１０４）、第１ピニオン角θp1と第２ピニオン角θp2との差分Δθpを演算する（ステップ１０５）。そして、差分Δθpの絶対値と差分閾値Δθthとの大小比較を行う（ステップ１０６）。つまり、ステップ１０３の処理が第１状態量取得処理に相当する。ステップ１０４の処理が第２状態量取得処理に相当する。ステップ１０５の処理が差分演算処理に相当する。ステップ１０６の処理が判定処理に相当する。

そして、操舵制御装置１は、差分Δθpの絶対値が差分閾値Δθthよりも大きい場合には（ステップ１０６：ＹＥＳ）、転舵ユニット６の異常を検出した旨を運転者に警告するべく、警告装置５１を作動させるための信号を出力する（ステップ１０７）。一方、差分Δθpの絶対値が差分閾値Δθth以下の場合には（ステップ１０６：ＮＯ）、転舵ユニット６が正常である判定として、異常検出処理を終了する。

操舵制御装置１は、実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉthよりも大きい場合には（ステップ１０２：ＹＥＳ）、以降の処理を実行しない。つまり、判定処理であるステップ１０６を実行しない。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）操舵制御装置１は、転舵側モータ３２の実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉthよりも大きい場合には、判定処理を実行しない。そのため、例えば動力伝達機構３３の各構成部品の弾性的な変形に起因して、転舵ユニット６が正常な場合に誤って異常であると判定することを抑制できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、ピニオン軸２１を連動部材とし、第２センサであるピニオン角センサ５６により連動状態量である第２ピニオン角θp2を検出したが、これに限らない。例えばラック軸２２を連動部材とし、第２センサであるストロークセンサにより連動状態量であるラック軸２２のストローク位置を検出してもよい。この場合、ストロークセンサにより検出されるストローク位置に基づいて演算される第２ピニオン角θp2を第２状態量としてもよい。また、ストロークセンサにより検出されるストローク位置をそのまま第２状態量とし、転舵側モータ３２の回転角θtに基づいて演算されるストローク位置を第１状態量としてもよい。

・上記実施形態では、ピニオン軸２１を換算可能部材としたが、これに限らず、例えばラック軸２２を換算可能部材としてもよい。この場合、転舵側モータ３２の回転角θtに基づいて演算されるストローク位置が第１状態量となり、第２ピニオン角θp2に基づいて演算されるストローク位置が第２状態量となる。

・上記実施形態において、実電流値Ｉtの絶対値が電流閾値Ｉthよりも大きいか否かの判定（ステップ１０２）は、差分Δθpの絶対値と差分閾値Δθthとの大小比較である判定処理（ステップ１０６）よりも前に実行されれば、その処理順序は適宜変更可能であり、例えば差分Δθpの演算（ステップ１０５）の直後に実行してもよい。

・上記実施形態は、操舵装置２を、操舵ユニット４と転舵ユニット６との間が機械的に常時分離したリンクレスの構造としたが、これに限らず、クラッチにより操舵ユニット４と転舵ユニット６との間が機械的に分離可能な構造としてもよい。また、ステアバイワイヤ式の操舵装置に限らず、運転者の入力する操舵トルクが転舵ユニット６に機械的に伝達可能に構成された電動パワーステアリング装置を操舵装置２として採用してもよい。電動パワーステアリング装置では、モータのトルクが運転者の操舵を補助するためのアシスト力として付与される。

１…操舵制御装置(異常検出装置、処理回路）
２…操舵装置
５…転舵輪
６…転舵ユニット
２１…ピニオン軸（連動部材、換算可能部材）
２２…ラック軸（転舵軸）
３２…転舵側モータ（モータ）
３３…動力伝達機構
５５…転舵側回転角センサ（第１センサ）
５６…ピニオン角センサ（第２センサ）
５８…転舵側電流センサ（電流センサ）

Claims (2)

1. 駆動源であるモータと、転舵輪に連結される転舵軸と、前記モータのトルクを前記転舵軸に伝達する動力伝達機構と、前記モータの回転角を検出する第１センサと、前記動力伝達機構を介して前記モータに機械的に接続される連動部材の位置情報を示す連動状態量を検出する第２センサと、前記モータに供給される実電流値を検出する電流センサと、を備える転舵ユニットの異常を検出する異常検出装置であって、
   異常検出処理を実行する処理回路を備え、
   前記異常検出処理は、
   前記第１センサにより検出される前記回転角に基づいて、前記転舵輪の転舵角に換算可能な換算可能部材の位置情報を示す第１状態量を取得する第１状態量取得処理と、
   前記第２センサにより検出される前記連動状態量に基づいて、前記換算可能部材の位置情報を示す第２状態量を取得する第２状態量取得処理と、
   前記第１状態量と前記第２状態量との差分を演算する差分演算処理と、
   前記差分の絶対値と差分閾値との大小比較を行う判定処理と、を含み、
   前記差分の絶対値が前記差分閾値よりも大きい場合に前記転舵ユニットの異常を検出する処理であって、
   前記処理回路は、前記実電流値の絶対値が電流閾値よりも大きい場合には、前記判定処理を実行しない異常検出装置。
2. 請求項１に記載の異常検出装置において、
   前記転舵ユニットは、運転者により操舵される操舵ユニットとの間の動力伝達路が分離したものである異常検出装置。

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