JP2023045279A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転角と転舵軸の移動量の偏差が予め定めた異常な偏差になる前に事前に異常を予測可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。【解決手段】操舵ＥＣＵ３０が、モータ回転角検出センサ２６及びピニオン角検出センサ２８の検出結果を取得し、取得した検出結果から時間当たりの偏差を負荷状態として算出し、算出した負荷状態に基づいて変換部１６等の異常を検出する。具体的には、操舵ＥＣＵ３０は、算出した時間あたりの偏差が予め定めた閾値Ａより大きく、かつ閾値Ｂ（Ａ＜Ｂ）より大きい場合に、変換部等が異常の可能性があると判定する。また、操舵ＥＣＵ３０は、時間当たりの偏差が閾値Ａより大きく閾値Ｂ以下の回数をカウントし、カウントした回数が予め定めた閾値Ｃより多くなった場合に、変換部等に異常の可能性があると判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を操舵する車両用操舵装置に関する。

特許文献１には、転舵軸の移動により車輪を転舵させる転舵システムにおける伝達装置の異常を検出する転舵システムが提案されている。特許文献１の転舵システムは、電動モータと、電動モータの出力を転舵軸に伝達する伝達装置と、電動モータの回転角と転舵軸の移動量とに基づいて、伝達装置の異常を検出する異常検出部とを含む。

特開２０１９－１０４４８８号公報

特許文献１の技術では、モータの回転角と転舵軸の移動量の偏差から伝達系の異常を検出しているため、実際にモータの回転角と転舵軸の移動量の偏差が大きくならないと異常が検出されない。実際の偏差が大きくなる前に事前に異常を予測するためには改善の余地がある。

本発明は、上記事実を考慮して成されたもので、モータの回転角と転舵軸の移動量の偏差が予め定めた異常な偏差になる前に事前に異常を予測可能な車両用操舵装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の車両用操舵装置は、転舵軸に駆動力を付与するモータと、前記モータの回転を前記転舵軸の軸線方向の移動に変換する変換部と、前記モータの回転角を検出する第１検出部と、前記転舵軸の変位量に対応する物理量又は前記変位量を検出する第２検出部と、前記第１検出部の検出結果と前記第２検出部の検出結果の時間あたりの偏差を前記変換部の負荷状態として検出し、検出した前記負荷状態に基づいて異常を判定する判定部と、を含む。

請求項１に記載の発明によれば、モータにより、転舵軸に駆動力が付与され、変換部によってモータの回転が転舵軸の軸線方向の移動に変換される。

第１検出部では、モータの回転角が検出され、第２検出部では、転舵軸の変位量に対応する物理量又は転舵軸の変位量が検出される。

そして、判定部では、第１検出部の検出結果と第２検出部の検出結果の時間あたりの偏差を変換部の負荷状態として検出し、検出した前記負荷状態に基づいて異常が判定される。これにより、モータの回転角と転舵軸の移動量の偏差が予め定めた異常な偏差になる前に事前に異常を予測することが可能となる。

なお、前記判定部は、前記負荷状態が予め定めた第１閾値より大きい場合に、異常と判定してもよい。これにより、変換部等の異常を判定できる。

また、前記判定部は、前記負荷状態が予め定めた第１閾値より小さい第２閾値より大きく、かつ前記第１閾値以下である回数が予め定めた第３閾値より大きい場合に、異常と判定してもよい。これにより、瞬間的な負荷による異常以外に、経時的な負荷による異常を判定できる。

また、前記判定部は、前記転舵軸の移動限界への移動時における前記負荷状態に基づいて異常を判定してもよい。この場合、前記判定部は、前記第２検出部の検出結果から前記変位量が前記移動限界に到達したことを検出した場合、及び前記偏差の絶対値が予め定めた第４閾値以上の場合の少なくとも一方の場合における前記負荷状態に基づいて異常を判定してもよい。これにより、負荷状態の検出タイミングを限定しない場合に比べて処理負荷を低減できる。

また、前記判定部によって異常と判定された場合に、運転者に警告する警告部を更に含んでもよい。これにより、運転者に異常を報知できる。

以上説明したように本発明によれば、モータの回転角と転舵軸の移動量の偏差が予め定めた異常な偏差になる前に事前に異常を予測可能な車両用操舵装置を提供できる。

本実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す図である。 本実施形態に係る車両用操舵装置の制御系の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る車両用操舵装置の操舵ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 エンド当て時の偏差の勾配の一例を示す図である。 本実施形態に係る車両用操舵装置の操舵ＥＣＵで行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る車両用操舵装置の操舵ＥＣＵで行われる処理の流れの変形例を示すフローチャートである。 ステアリングが連結されたステアリングロッドをピニオンギヤに連結した車両用操舵装置の概略構成を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る車両用操舵装置の概略構成を示す図である。なお、本実施形態に係る車両用操舵装置は、所謂、ステアバイワイヤ式のものを一例として説明する。

本実施形態に係る車両用操舵装置１０は、車両に設けられた車輪（図示省略）のうち前輪の車輪間に設けられている。

車両用操舵装置１０は、モータ１２、ラックバー１４、変換部１６、及びピニオン角検出センサ２８を備えている。

モータ１２及びピニオン角検出センサ２８の各々は、筐体１１に固定され、変換部１６及びラックバー１４の各々は、筐体１１内に設けられている。

モータ１２は、車幅方向一端側に車幅方向中心からオフセットした位置に設けられている。モータ１２には、変換部１６が連結されており、モータ１２の回転が変換部１６により転舵軸となるラックバー１４の軸線方向の移動に変換されて、車幅方向に沿って配置されたラックバー１４にモータ１２の駆動力が付与される。ラックバー１４には、図示しないタイロッド及びナックルアームを介して車輪が連結され、ラックバー１４の車幅方向の移動により車輪が操舵される。

変換部１６は、大小一対のプーリ（小プーリ２２及び大プーリ２０）と、小プーリ２２及び大プーリ２０に巻きかけられたベルト２４と、大プーリ２０に連結された伝達ギヤ１８と、を含む。小プーリ２２は、モータ１２の回転軸に連結されて、モータ１２によって小プーリ２２が回転される。小プーリ２２の回転は、ベルト２４を介して大プーリ２０に伝達され、大プーリ２０に連結された伝達ギヤ１８が回転される。伝達ギヤ１８は、ラックバー１４に形成されたギヤと噛み合い、伝達ギヤ１８の回転により、ラックバー１４が車幅方向に移動するように構成されている。

車両用操舵装置１０の変換部１６とは反対側の他端側に車幅方向中心からオフセットした位置には、ピニオン角検出センサ２８が設けられている。ピニオン角検出センサ２８は、ラックバー１４のギヤに噛み合ったピニオンギヤ２８Ａを備えており、ピニオンギヤ２８Ａの回転角を磁気センサ等の各種センサにより検出する。本実施形態では、ラックバー１４に噛み合ったピニオンギヤ２８Ａの回転角を検出することにより、ラックバー１４の移動量（ラックストローク）を検出する。なお、ピニオン角検出センサ２８の代わりに、ラックバー１４の移動量を直接検出するタイプのセンサを適用して、移動量をピニオンギヤ２８Ａの回転角に変換してもよい。

続いて、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の制御系の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の制御系の構成を示すブロック図であり、図３は、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の操舵ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の概略構成を示すブロック図である。

車両用操舵装置１０は、図２に示すように、判定部の一例としての操舵ＥＣＵ３０を備えている。操舵ＥＣＵ３０は、モータ１２の駆動制御及び変換部１６等の異常検出を行う。

操舵ＥＣＵ３０は、図３に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０Ａ、ＲＯＭ（Read Only Memory）３０Ｂ、及びＲＡＭ（Random Access Memory）３０Ｃ等を含むマイクロコンピュータで構成されている。

ＣＰＵ３０Ａは、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行することにより、装置の全体の動作を司る。ＲＯＭ３０Ｂは、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶される。ＲＡＭ３０Ｃは、ＣＰＵ３０Ａによる各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられる。

操舵ＥＣＵ３０には、図２に示すように、モータ１２、第１検出部の一例としてのモータ回転角検出センサ２６、第２検出部の一例としてのピニオン角検出センサ２８、及び警告部の一例としてのウォーニングランプ３２が接続されている。

モータ回転角検出センサ２６は、例えば、モータ１２内に磁気センサ等の各種センサを設けて、モータ１２の回転角を検出する。

ピニオン角検出センサ２８は、上述したように、ピニオンギヤ２８Ａの回転角を磁気センサ等の各種センサにより検出する。

ウォーニングランプ３２は、点灯することで、車両用操舵装置１０の変換部１６等に異常の可能性があることを警告する。

操舵ＥＣＵ３０は、モータ１２の駆動を制御すると共に、モータ回転角検出センサ２６及びピニオン角検出センサ２８の検出結果に基づいて、変換部１６等の異常を検出する。また、操舵ＥＣＵ３０は、異常を検出した場合には、ウォーニングランプ３２を点灯して、車両用操舵装置１０の異常を乗員に報知する。ウォーニングランプ３２は、例えば、車両のメータ等に設けられる。

ここで、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の操舵ＥＣＵ３０による異常の検出方法について説明する。

車両用操舵装置１０は、車輪から入力される大荷重により、ラックバー１４が高速移動し、ラックエンドに衝突することで、ダメージを受ける。正常な状態のギヤは、モータ１２の回転角＝ピニオンギヤ２８Ａの回転角となるが、実際には、モータ１２からピニオンギヤ２８Ａの間にガタ等があり、モータ１２の回転角≠ピニオンギヤ２８Ａの回転角となる。そのため、ラックバー１４の移動限界となるラックエンドへの衝突（以下、エンド当てと称する。）時は、そのガタ等が一気に詰まることで、一時的にモータ１２の回転角とピニオンギヤ２８Ａの回転角の差（以下、偏差と称する場合がある。）が大きくなる。偏差の勾配は、ラックバー１４の移動速度に正比例するため、高勾配である程、高速でのエンド当てとなり、変換部１６等の負荷が大きいことが間接的に推定される。例えば、図４の点線で示すように、偏差の勾配が大きいほど、変換部１６等の負荷状態が高くなる。

そこで、本実施形態では、操舵ＥＣＵ３０が、変換部１６等の負荷状態を計測し、負荷状態に応じた警告を出す。これにより、運転者が操舵違和感を覚える前に、適切な対応を促すことが可能となる。本実施形態では、操舵ＥＣＵ３０が、モータ回転角検出センサ２６及びピニオン角検出センサ２８の検出結果を取得し、取得した検出結果から時間当たりの偏差を負荷状態として算出し、算出した負荷状態に基づいて変換部１６等の異常を検出する。

具体的には、操舵ＥＣＵ３０は、算出した時間あたりの偏差が予め定めた閾値Ａより大きく、かつ閾値Ｂ（Ａ＜Ｂ）より大きい場合に、変換部１６等が異常の可能性があると判定する。

また、操舵ＥＣＵ３０は、時間当たりの偏差が閾値Ａより大きく閾値Ｂ以下の回数をカウントし、カウントした回数が予め定めた閾値Ｃより多くなった場合に、変換部１６等に異常の可能性があると判定する。

そして、操舵ＥＣＵ３０は、変換部１６等に異常の可能性があると判定した場合に、ウォーニングランプを点灯することにより警告を出す。

なお、閾値Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれは、車両用操舵装置１０の強度試験等の試験結果から求めた閾値が適用される。また、閾値Ａは第２閾値の一例に対応し、閾値Ｂは第１閾値の一例に対応し、閾値Ｃは第３閾値の一例に対応する。

続いて、上述のように構成された本実施形態に係る車両用操舵装置１０の操舵ＥＣＵ３０で行われる具体的な処理について説明する。図５は、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の操舵ＥＣＵ３０で行われる処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、図５の処理は、例えば、車両の図示しないイグニッションスイッチ等の電源がオンされた場合に開始する。

ステップ１００では、ＣＰＵ３０Ａが、モータ１２の回転角及びピニオンギヤ２８Ａの回転角を取得してステップ１０２へ移行する。すなわち、モータ回転角検出センサ２６及びピニオン角検出センサ２８の各々の検出結果を取得する。

ステップ１０２では、ＣＰＵ３０Ａが、時間当たりの偏差を算出してステップ１０４へ移行する。すなわち、偏差（モータ１２の回転角－ピニオンギヤ２８Ａの回転角）を算出し、偏差／時間を算出する。

ステップ１０４では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間＞閾値Ａであるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１０６へ移行し、肯定された場合にはステップ１０８へ移行する。

ステップ１０６では、ＣＰＵ３０Ａが、変換部１６等に異常がなく正常であると判定（正常判定）してステップ１１６へ移行する。

一方、ステップ１０８では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間＞閾値Ｂであるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１０では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間が閾値Ａより大きく閾値Ｂ以下となった回数をカウントするカウンタを加算してステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、ＣＰＵ３０Ａが、カウンタ＞閾値Ｃであるか否かを判定する。該判定が否定された場合には上述のステップ１０６へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１４では、ＣＰＵ３０Ａが、ウォーニングランプ３２を点灯してステップ１１６へ移行する。すなわち、ウォーニングランプ３２を点灯することにより、変換部等に異常の可能性があることが報知される。

ステップ１１６では、ＣＰＵ３０Ａが、電源オフであるか否かを判定する。該判定は、例えば、イグニッションスイッチ等の電源がオフされたいか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定されたところで一連の操舵ＥＣＵ３０の処理を終了する。

このように操舵ＥＣＵ３０が処理を行うことで、車輪から入力される大荷重により、ラックバー１４が高速移動し、ラックエンドに衝突して負荷が高くなった場合の負荷状態を検出することにより、検出した負荷状態から変換部１６等の異常を判定することができる。また、負荷状態に応じた警告を出すことで、運転者が操舵違和感を覚える前に、適切な対応を促すことができる。

また、本実施形態では、時間当たりの偏差から負荷状態を検出し、異常を判定するので、実際の偏差が小さくても大荷重のような負荷が大きい場合にも異常を判定することができる。

上記の実施形態では、時間当たりの偏差（偏差の勾配）を用いて異常を判定する例を説明したが、ロバストなロジックにするために、偏差の勾配以外にも、エンド当て時のタイミングに限定するためのラックバー１４のストローク位置や角度差の絶対値を閾値に入れてもよい。

ここで、異常判定のタイミングをエンド当てに限定した場合の処理を変形例として説明する。図６は、本実施形態に係る車両用操舵装置１０の操舵ＥＣＵ３０で行われる処理の流れの変形例を示すフローチャートである。なお、図６の処理は、例えば、車両の図示しないイグニッションスイッチ等の電源がオンされた場合に開始する。また、図５と同一処理は同一符号を付して説明する。

ステップ１００では、ＣＰＵ３０Ａが、モータ１２の回転角及びピニオンギヤ２８Ａの回転角を取得してステップ１０２へ移行する。すなわち、モータ回転角検出センサ２６及びピニオン角検出センサ２８の各々の検出結果を取得する。

ステップ１０２では、ＣＰＵ３０Ａが、時間当たりの偏差を算出してステップ１０３へ移行する。すなわち、偏差（モータ１２の回転角－ピニオンギヤ２８Ａの回転角）を算出し、偏差／時間を算出する。

ステップ１０３では、ＣＰＵ３０Ａが、エンド当てであるか否かを判定する。該判定は、例えば、ピニオン角検出センサ２８の検出結果がエンド当てに到達するラックバー１４の変位量であるか否かを判定する。或いは、ステップ１０２で算出した時間当たりの偏差の絶対値が閾値Ａより小さい予め定めた閾値Ｄ以上であるか否かを判定してもよい。或いは、ラックバー１４の変位量がエンド当てに対応する変位量かつ時間当たりの偏差の絶対値が閾値Ｄ以上であるか否かを判定してもよい。該判定が肯定された場合にはステップ１０４へ移行し、否定された場合にはステップ１１６へ移行する。或いは、エンド当てを検出するセンサやスイッチ等を設けてエンド当てを検出して判定してもよい。なお、閾値Ｄは、第４閾値の一例に対応し、エンド当てに相当する時間当たりの絶対値を設定する。

ステップ１０４では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間＞閾値Ａであるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１０６へ移行し、肯定された場合にはステップ１０８へ移行する。

ステップ１０６では、ＣＰＵ３０Ａが、変換部１６等に異常がなく正常であると判定（正常判定）してステップ１１６へ移行する。

一方、ステップ１０８では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間＞閾値Ｂであるか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１１０へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１０では、ＣＰＵ３０Ａが、偏差／時間が閾値Ａより大きく閾値Ｂ以下となった回数をカウントするカウンタを加算してステップ１１２へ移行する。

ステップ１１２では、ＣＰＵ３０Ａが、カウンタ＞閾値Ｃであるか否かを判定する。該判定が否定された場合には上述のステップ１０６へ移行し、肯定された場合にはステップ１１４へ移行する。

ステップ１１４では、ＣＰＵ３０Ａが、ウォーニングランプ３２を点灯してステップ１１６へ移行する。すなわち、ウォーニングランプ３２を点灯することにより、変換部等に異常の可能性があることが報知される。

ステップ１１６では、ＣＰＵ３０Ａが、電源オフであるか否かを判定する。該判定は、例えば、イグニッションスイッチ等の電源がオフされたいか否かを判定する。該判定が否定された場合にはステップ１００に戻って上述の処理を繰り返し、判定が肯定されたところで一連の操舵ＥＣＵ３０の処理を終了する。

なお、上記の実施形態では、ステアバイワイヤ式の車両用操舵装置１０を一例として説明したが、これに限るものではない。例えば、図７に示すように、ステアリング４２が連結されたステアリングロッド４０をピニオンギヤ２８Ａに連結した一般的な車両用操舵装置を適用してもよい。

また、上記の実施形態では、モータ１２の回転角とピニオンギヤ２８Ａの回転角の差を偏差として算出したが、これに限るものではない。例えば、モータ１２の回転角をラックバー１４の移動量に換算し、換算した移動量と実際のラックバー１４の移動量との差を偏差として算出してもよい。この場合には、モータ回転角検出センサ２６の検出結果から正常の場合のラックバー１４の移動量を求め、求めた移動量とピニオン角検出センサ２８の検出結果から算出したラックバー１４の移動量、又はラックバー１４の移動量を直接検出するセンサの検出結果の差を偏差として算出してもよい。

また、上記の各実施形態における操舵ＥＣＵ３０で行われる処理は、プログラムを実行することにより行われるソフトウエア処理として説明したが、これに限るものではない。例えば、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及びＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウエアで行う処理としてもよい。或いは、ソフトウエア及びハードウエアの双方を組み合わせた処理としてもよい。また、ソフトウエアの処理とした場合には、プログラムを各種記憶媒体に記憶して流通させるようにしてもよい。

さらに、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０ 車両用操舵装置
１２ モータ
１４ ラックバー（転舵軸）
１６ 変換部
１８ 伝達ギヤ
２０ 大プーリ
２２ 小プーリ
２４ ベルト
２６ モータ回転角検出センサ（第１検出部）
２８ ピニオン角検出センサ（第２検出部）
３０ 操舵ＥＣＵ（判定部）
３２ ウォーニングランプ（警告部）

Claims (6)

1. 転舵軸に駆動力を付与するモータと、
   前記モータの回転を前記転舵軸の軸線方向の移動に変換する変換部と、
   前記モータの回転角を検出する第１検出部と、
   前記転舵軸の変位量に対応する物理量又は前記変位量を検出する第２検出部と、
   前記第１検出部の検出結果と前記第２検出部の検出結果の時間あたりの偏差を前記変換部の負荷状態として検出し、検出した前記負荷状態に基づいて異常を判定する判定部と、
   を含む車両用操舵装置。
2. 前記判定部は、前記負荷状態が予め定めた第１閾値より大きい場合に、異常と判定する請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記判定部は、前記負荷状態が予め定めた第１閾値より小さい第２閾値より大きく、かつ前記第１閾値以下である回数が予め定めた第３閾値より大きい場合に、異常と判定する請求項１又は請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記判定部は、前記転舵軸の移動限界への移動時における前記負荷状態に基づいて異常を判定する請求項１～３の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
5. 前記判定部は、前記第２検出部の検出結果から前記変位量が前記移動限界に到達したことを検出した場合、及び前記偏差の絶対値が予め定めた第４閾値以上の場合の少なくとも一方の場合における前記負荷状態に基づいて異常を判定する請求項４に記載の車両用操舵装置。
6. 前記判定部によって異常と判定された場合に、運転者に警告する警告部を更に含む請求項１～５の何れか１項に記載の車両用操舵装置。
   

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