JP2024020770A - steering system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単輪独立転舵型のステアリングシステムに関する。 The present invention relates to a single-wheel independent steering type steering system.
単輪独立転舵型のステアリングシステムは、左右の車輪をそれぞれ独立に転舵するシステムである。このステアリングシステムでは、手動運転における操作部材の操作量又は自動運転における指令値に基づいて、左転舵輪を転舵する左転舵装置と右転舵輪を転舵する右転舵装置とが制御される。単輪独立転舵型のステアリングシステムは、操作部材と転舵装置とが機械的に連結されていないステアバイワイヤシステムである。例えば特開2018-58512号公報には、上位制御装置と左右の何れかの転舵制御装置との間で通信異常が発生した場合、通信異常となった転舵制御装置に対応する転舵輪の転舵角を中立位置に制御する車両用操舵装置が開示されている。 A single-wheel independent steering type steering system is a system that steers the left and right wheels independently. In this steering system, the left steering device that steers the left steered wheels and the right steering device that steers the right steered wheels are controlled based on the operation amount of the operating member in manual driving or the command value in automatic driving. Ru. A single-wheel independent steering type steering system is a steer-by-wire system in which an operating member and a steering device are not mechanically connected. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-58512 states that when a communication abnormality occurs between a host control device and either the left or right steering control device, the steering wheel corresponding to the steering control device that has experienced the communication abnormality is A vehicle steering device that controls a steering angle to a neutral position is disclosed.
しかしながら、上記装置では、一方の車輪が中立位置に保持されることで、旋回時の旋回抵抗が増大し、最小旋回半径の増大等が発生し、直進性能や旋回性能を含む走行性能の維持の面で改善の余地がある。
本発明の目的は、左右の転舵装置の一方に異常が発生した場合でも、走行性能の低下を抑制することができるステアリングシステムを提供することである。
However, with the above device, one wheel is held in the neutral position, which increases the turning resistance when turning, increases the minimum turning radius, etc., and makes it difficult to maintain driving performance, including straight-line performance and turning performance. There is room for improvement in this respect.
An object of the present invention is to provide a steering system that can suppress a decrease in driving performance even when an abnormality occurs in one of the left and right steering devices.
本発明のステアリングシステムは、左転舵輪を転舵する左転舵装置と、前記左転舵装置とは独立して右転舵輪を転舵する右転舵装置と、前記左転舵装置を制御する左転舵コントローラと、前記右転舵装置を制御する右転舵コントローラと、を備える単輪独立転舵型のステアリングシステムであって、前記左転舵コントローラは、前記右転舵コントローラの異常を検出可能に構成され、前記右転舵コントローラの異常を検出した場合、前記右転舵装置への制御電流の供給を遮断する右遮断制御を実行し、前記右転舵コントローラは、前記左転舵コントローラの異常を検出可能に構成され、前記左転舵コントローラの異常を検出した場合、前記左転舵装置への制御電流の供給を遮断する左遮断制御を実行する。 The steering system of the present invention includes a left steering device that steers a left steered wheel, a right steering device that steers a right steered wheel independently of the left steering device, and a right steering device that controls the left steering device. A single-wheel independent steering type steering system comprising: a left steering controller that controls the right steering controller; and a right steering controller that controls the right steering device; If an abnormality in the right steering controller is detected, the right steering controller executes right cutoff control to cut off the supply of control current to the right steering device, and the right steering controller The controller is configured to be able to detect an abnormality in the rudder controller, and when an abnormality in the left steering controller is detected, a left cutoff control is executed to cut off the supply of control current to the left steering device.
本発明によれば、一方のコントローラに異常が発生した場合、他方のコントローラにより、一方のコントローラの制御対象である転舵装置への制御電流の供給が遮断される。これにより、異常なコントローラに対応する転舵輪には、制御電流が供給されず、当該転舵輪は、従動輪と同様のフリーな状態となる。異常検出後にフリー状態となった転舵輪は、セルフアライニングトルクにより、正常な転舵輪すなわち制御された転舵輪により確保された進行方向に従う。このため、走行抵抗が最小限に抑制され、走行性能(直進/旋回性能)の低下が抑制される。 According to the present invention, when an abnormality occurs in one controller, the other controller cuts off the supply of control current to the steering device that is controlled by the one controller. As a result, the control current is not supplied to the steered wheel corresponding to the abnormal controller, and the steered wheel becomes in a free state similar to the driven wheel. The steered wheels that have become free after the abnormality is detected follow the traveling direction ensured by the normal steered wheels, that is, the controlled steered wheels, due to self-aligning torque. Therefore, running resistance is suppressed to a minimum, and deterioration of running performance (straight running/turning performance) is suppressed.
以下、本発明を実施するための形態として、本発明の一実施形態であるステアリングシステム1を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, as a mode for carrying out the present invention, a
本実施形態のステアリングシステム1は、単輪独立転舵型(左右独立転舵型)で且つステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。図1に示すように、ステアリングシステム1は、左転舵装置2Aと、右転舵装置2Bと、左転舵コントローラ3Aと、右転舵コントローラ3Bと、操作装置4と、反力コントローラ5と、を備えている。ステアリングシステム1は、左転舵装置2A及び右転舵装置2Bと操作装置4とが機械的に連結されていないステアバイワイヤ型のステアリングシステムである。
The
車両内の通信は、CAN(car area network or controllable area network)100を用いて行われる。図面において、一部の通信線の表示は省略されている。本実施形態において、転舵輪は前輪11、12であり、左転舵輪が左前輪11であり、右転舵輪が右前輪12である。左転舵装置2Aは、左前輪11を転舵する装置である。右転舵装置2Bは、左転舵装置2Aとは独立して右前輪12を転舵する装置である。左転舵装置2Aと右転舵装置2Bとは、同じ構成であるため、右転舵装置2Bの構成を説明し、左転舵装置2Aの構成の説明を省略する。
Communication within the vehicle is performed using a CAN (car area network or controllable area network) 100. In the drawings, some communication lines are omitted. In this embodiment, the steered wheels are the
(転舵装置)
図2に示すように、右転舵装置2Bは、ステアリングナックル21と、転舵アクチュエータ22と、タイロッド23と、を備えている。ステアリングナックル21は、右前輪12を回転可能に保持する部材である。ステアリングナックル21は、後述するインホイールモータユニット7のハウジングである。
(Steering device)
As shown in FIG. 2, the
転舵アクチュエータ22は、ロアアーム91の基端部側の部位に設置されている。転舵アクチュエータ22は、転舵モータ221と、減速機222と、アクチュエータアーム223と、回転角センサ224と、を備えている。転舵モータ221は、駆動源としての電動モータである。転舵モータ221は、例えば、ブラシレスDCモータである。
The
減速機222は、転舵モータ221の回転を減速するギヤ装置である。アクチュエータアーム223は、減速機222を介した転舵モータ221の回転により回動するアーム部材である。アクチュエータアーム223は、ピットマンアームとして機能する。タイロッド23は、ステアリングナックル21に設けられたナックルアーム211と転舵アクチュエータ22のアクチュエータアーム223とを接続する部材である。タイロッド23の一端部はボールジョイント231を介してアクチュエータアーム223に連結され、タイロッド23の他端部はボールジョイント232を介してナックルアーム211に連結されている。
The
回転角センサ224は、転舵モータ221の回転角を検出する。転舵モータ221の回転角と、右前輪12の転舵角との間には、特定の関係性がある。このため、各コントローラは、転舵モータ221の回転角に基づいて、転舵モータ221に対応する車輪の転舵角を演算することができる。転舵輪の転舵角が路面外乱により変化した場合、対応する回転角センサ224の検出結果も連動して変化する。路面外乱は、車輪11~14が路面から受ける外力であって、例えば、タイヤが道路の小穴に入ったり、石等を踏んだり、凹凸路を走行すること等により生じる。
The
左転舵装置2Aの回転角センサ224は左前輪11の転舵角を検出する左転舵角センサに相当し、右転舵装置2Bの回転角センサ224は右前輪12の転舵角を検出する右転舵角センサに相当する。以下、左転舵装置2Aの回転角センサ224を「左転舵角センサ224」とも称し、右転舵装置2Bの回転角センサ224を「右転舵角センサ224」とも称する。
The
前輪11、12のサスペンション装置9は、それぞれ、ロアアーム91と、ステアリングナックル21と、ショックアブソーバ92と、サスペンションスプリング93と、を含んで構成されている。サスペンション装置9は、例えばマクファーソンストラット式のサスペンション装置である。ロアアーム91は、Lアームであって、2つに分かれた基端部において、それぞれブッシュを介して回動可能に車体のサイドメンバー(図示略)に支持されている。ステアリングナックル21は、ボールジョイント911を介して、ロアアーム91の先端部に回動可能に連結されている。ショックアブソーバ92は、下端部がステアリングナックル21に固定的に支持され、上端部がアッパーサポート94を介して車体に回転可能に支持された部材である。サスペンションスプリング93は、上端部がアッパーサポート94を介して車体に回転可能に支持され、下端部がショックアブソーバ92に設けられたロアサポート95に支持された部材である。
The
車両には、各種センサ、例えば、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ61、各車輪11、12、13、14の車輪速度を検出する車輪速度センサ62、及び横加速度を検出する横加速度センサ63等が搭載されている。各車輪11~14の車輪速度に基づいて車速が演算されるため、車両には車速を検出する車速センサが搭載されているといえる。車両には、その他、図示しない複数のセンサ、例えば前後加速度センサ等が搭載されている。
The vehicle includes various sensors, such as a
本実施形態において、車両には、駆動装置として、転舵輪である前輪11、12には、インホイールモータユニット7が搭載されている。インホイールモータユニット7は、ハウジングとして機能するステアリングナックル21と、駆動モータ71と、減速機72と、アクスルハブ(図示略)と、を備えている。駆動モータ71は、ステアリングナックル21に内蔵された電動モータである。減速機72は、駆動モータ71の回転を減速するギヤ装置である。アクスルハブは、車輪のホイールに取り付けられている。インホイールモータユニット7は、車輪のホイールのリムの内側に配置されている。各インホイールモータユニット7は、駆動ECU(図示略)により制御される。
In this embodiment, the vehicle is equipped with an in-
(操作装置)
操作装置4は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムにおける一般的な構造を有するものである。図1に示すように、操作装置4は、ステアリングホイール41と、ステアリングセンサ42と、反力付与装置43と、を備えている。ステアリングホイール41は、運転者により操舵操作される操作部材である。
(operating device)
The operating
ステアリングセンサ42は、ステアリングホイール41の操作位置又は操作量として、ステアリングホイール41の回転角である操作角を検出するセンサである。例えば、車両の直進状態においてステアリングホイール41がとる位置を中立位置とした場合に、その中立位置からの左右方向それぞれへの回転角が、ステアリングホイール41の操作角である。
The
反力付与装置43は、ステアリングホイール41に反力(操作に対する反力)を付与する装置である。反力付与装置43は、力源としての電動モータである反力モータ431と、反力モータ431の力をステアリングホイール41に伝達するための減速機432と、操作トルクセンサ433と、を含んでいる。操作トルクセンサ433は、図示しないが、ステアリングシャフトに組み込まれたトーションバーの捩じれ量に基づいて、運転者によってステアリングホイール41に加えられる操作力としての操作トルクを検出する。ステアリングセンサ42及び/操作トルクセンサ433は、ステアリングホイール41の操作量(操作に関する値)を検出する操作量センサといえる。本実施形態では、説明上、ステアリングセンサ42の検出結果を、ステアリングホイール41の操作量とする。
The reaction
反力コントローラ5は、1つ以上のプロセッサ51と1つ以上のメモリ52を備えた電子制御ユニット(ECU)である。反力コントローラ5は、後述する左転舵コントローラ3A及び右転舵コントローラ3Bと同様の構成を有している。反力コントローラ5は、ステアリングセンサ42の検出結果と車速とに基づいて、目標反力を演算する。反力コントローラ5は、目標反力に基づいて、反力モータ431を制御する。換言すると、反力コントローラ5は、目標反力に基づいて、反力モータ431に制御電流を供給する。
The
(転舵コントローラ)
左転舵コントローラ3A及び右転舵コントローラ3B(以下「転舵コントローラ3A、3B」ともいう)は、それぞれ、1つ以上のプロセッサ31aと1つ以上のメモリ31bを備えた電子制御ユニット(ECU)である。左転舵コントローラ3A、右転舵コントローラ3B、及び反力コントローラ5(以下「コントローラ3A、3B、5」ともいう)は、CAN100を介して互いに通信可能に接続されている。各コントローラ3A、3B、5は、各種センサ61、62、63、224、42から検出結果を取得する。
(Steering controller)
The
図3に示すように、各転舵コントローラ3A、3Bは、主に、電源回路30と、MCU31と、モータ駆動回路32と、入出力保護回路33と、入力変換回路34と、点検用回路35と、を備えている。電源回路30は、例えば、主電源(例えばバッテリ)とバックアップ電源とにより冗長化された電源8に接続されている。電源8は、例えば、駆動系電源、DC-DCコンバータ、バッテリ、及びバックアップ電源等を備えている。なお、電源8は、バッテリを含んで構成されればよい。
As shown in FIG. 3, each
電源8は、例えば、各コントローラ3A、3B、5に個別に電源供給するように構成されている。電源8と各電源回路30との間は、例えばシステムスイッチ81の作動により、イグニッション(キースイッチ)がオンされると接続され、オフされると遮断されるように構成されている。システムスイッチ81は、オンオフ(接続/遮断)の切り替え可能なスイッチ手段の一例である。
The
MCU31は、プロセッサ31aにより各種演算を実行するマイクロコントローラユニットである。MCU31は、各種センサ又は指令値に基づいて、モータ駆動回路32を制御する。モータ駆動回路32は、MCU31の制御に応じて、制御電流を制御対象の転舵モータ221に供給する。MCU31及びモータ駆動回路32により、転舵モータ221の回転角及び回転数が制御される。入出力保護回路33は、主にMCU31とCAN100との通信において、MCU31を保護するための回路である。入力変換回路34は、各種センサからの入力信号をMCUに合った信号に変換する回路である。
The MCU 31 is a microcontroller unit that executes various calculations using a
点検用回路35は、電源8に接続された回路であって、例えば、イグニッションのオンにより規定の電圧がコントローラに印加されているか否かを点検するための回路である。点検用回路35は、例えば、イグニッションのオンによりオンとなりイグニッションのオフによりオフとなるリレースイッチと、リレースイッチがオンされた状態でコントローラに印加される電圧を検出する電圧計と、を備えている。リレースイッチは、オンオフ(接続/遮断)の切り替え可能なスイッチ手段の一例である。MCU31は、点検用回路35の検出結果(電圧値)に基づいて、イグニッションがオンされ且つコントローラが電源8と接続されているか否かを判定する。例えば、MCU31は、点検用回路35の検出結果が閾電圧未満(リレースイッチのオフによる未検出状態を含む)である場合、起動・動作しないように構成されている。
The
左転舵コントローラ3Aは、ステアリングセンサ42の検出結果に基づいて、左転舵装置2Aを制御する。右転舵コントローラ3Bは、ステアリングセンサ42の検出結果に基づいて、右転舵装置2Bを制御する。各転舵コントローラ3A、3Bは、ステアリングセンサ42の検出結果に基づいて、目標転舵角を演算し、目標転舵角に基づいて目標制御電流を演算する。各転舵コントローラ3A、3Bは、目標制御電流に基づいて、対応する転舵装置(左転舵装置2A又は右転舵装置2B)の転舵モータ221に制御電流を供給する。
The
より詳細に、各転舵コントローラ3A、3Bは、各種センサから取得した車速情報、転舵角情報、及びステアリングの操作量情報に基づいて、車両の目標ヨーレートを演算する。各転舵コントローラ3A、3Bは、ヨーレートセンサ61の検出結果が目標ヨーレートに近づくように、目標転舵角を演算する。なお、目標転舵角の演算において、横加速度センサ63の検出結果を利用してもよい。
More specifically, each
左転舵コントローラ3Aは、右転舵コントローラ3B及び反力コントローラ5の異常を検出可能に構成されている。右転舵コントローラ3Bは、左転舵コントローラ3A及び反力コントローラ5の異常を検出可能に構成されている。反力コントローラ5は、左転舵コントローラ3A及び右転舵コントローラ3Bの異常を検出可能に構成されている。このように、各コントローラ3A、3B、5は、自身以外のコントローラの異常を検出可能に構成されている。
The
具体的には、各コントローラ3A、3B、5は、ステアリングセンサ42の検出結果に基づいて、両転舵輪の目標転舵角、すなわち左前輪11の目標転舵角及び右前輪12の目標転舵角を演算する。各コントローラ3A、3B、5は、互いに演算結果を比較し、比較結果に基づいて他のコントローラの異常の有無を判定する。
Specifically, each
例えば、各コントローラ3A、3B、5は、1つのコントローラの演算結果だけが、他のコントローラの演算結果に対して大きく差がある場合(差が所定の閾値Xより大きい場合)、当該1つのコントローラを異常と判定するように構成されてもよい。この場合、例えば、第1のコントローラが演算した左前輪11の目標転舵角が0度であり、第2、第3のコントローラが演算した左前輪11の目標転舵角が10度であった場合、第2、第3のコントローラは、第1のコントローラを異常と判定する(0度<閾値X<10度)。
For example, in each of the
また、各コントローラ3A、3B、5は、例えば、予め設定された「ステアリングホイール41の操作量」と「目標転舵角の想定演算範囲」との関係に基づいて、操作量に対する目標転舵角の想定演算範囲を決定し、想定演算範囲外の演算結果を出したコントローラを異常と判定するように構成されてもよい。また、各コントローラ3A、3B、5は、相互に定期的に信号を出力するように構成され、例えば一定期間、当該信号の出力がないコントローラを異常と判定してもよい。このように、各コントローラ3A、3B、5は、互いに同じ演算を実施し、互いに演算結果や信号を監視することで、コントローラの異常の有無を判定する。
Further, each
コントローラの異常は、例えば、電源系統の異常、通信系(CAN100等)の異常、コントローラ内部の断線、又は演算不良等により発生する。例えば、演算結果が異常であったり、演算結果が他のコントローラに届かなかったり、演算自体が実施されていなかったり等により、一のコントローラの異常を他のコントローラが検出することができる。 An abnormality in the controller occurs due to, for example, an abnormality in the power supply system, an abnormality in the communication system (such as CAN 100), a disconnection inside the controller, or a malfunction in calculation. For example, an abnormality in one controller can be detected by another controller because the calculation result is abnormal, the calculation result does not reach another controller, or the calculation itself is not performed.
(遮断制御)
左転舵コントローラ3Aは、右転舵コントローラ3Bの異常を検出した場合、右転舵装置2Bへの制御電流の供給を遮断する右遮断制御を実行する。右遮断制御は、右転舵装置2Bの転舵モータ221への電力供給を遮断する制御である。右遮断制御は、例えば、右転舵コントローラ3Bと電源8との間のシステムスイッチ81を強制的にオフにする制御であってもよい。また、右遮断制御は、右転舵コントローラ3Bの点検用回路35のリレースイッチを強制的にオフにする制御であってもよい。点検用回路35のリレースイッチに印加されている電圧はシステムスイッチ81に印加されている電圧よりも小さいため、点検用回路35に対するオンオフ制御は比較的容易に実行できる。
(Shutoff control)
When the
右遮断制御は、イグニッションがオンの状態であっても、右転舵コントローラ3B及び右転舵装置2Bへの電力供給を遮断する制御であるといえる。このように、左転舵コントローラ3Aは、右転舵コントローラ3Bの異常を検出した場合、右遮断制御の実行により、右転舵装置2Bの転舵モータ221を無通電状態(無制御状態)にし、右前輪12をフリー状態にする。右遮断制御は、左転舵コントローラ3Aの作動(左転舵コントローラ3Aによる左転舵装置2Aの制御)を禁止(停止)する制御ともいえる。
The right cutoff control can be said to be a control that cuts off the power supply to the
同様に、右転舵コントローラ3Bは、左転舵コントローラ3Aの異常を検出した場合、左転舵装置2Aへの制御電流の供給を遮断する左遮断制御を実行する。左遮断制御は、左転舵装置2Aの転舵モータ221への電力供給を遮断する制御である。左遮断制御は、例えば、左転舵コントローラ3Aと電源8との間のシステムスイッチ81を強制的にオフにする制御であってもよいし、左転舵コントローラ3Aの点検用回路35のリレースイッチを強制的にオフにする制御であってもよい。左遮断制御は、イグニッションがオンの状態であっても、左転舵コントローラ3Aへの電力供給を遮断する制御であるといえる。このように、右転舵コントローラ3Bは、左転舵コントローラ3Aの異常を検出した場合、左遮断制御の実行により、左転舵装置2Aの転舵モータ221を無通電状態(無制御状態)にし、左前輪11をフリー状態にする。左遮断制御は、右転舵コントローラ3Bの作動(右転舵コントローラ3Bによる右転舵装置2Bの制御)を禁止(停止)する制御ともいえる。
Similarly, when detecting an abnormality in the
反力コントローラ5は、左転舵コントローラ3A及び右転舵コントローラ3Bのうち一方の異常を検出した場合、当該一方のコントローラの制御対象である転舵装置(左転舵装置2A又は右転舵装置2B)への制御電流の供給を遮断する対象遮断制御を実行する。対象遮断制御は、左転舵コントローラ3Aが異常である場合、左遮断制御と同じ制御であり、右転舵コントローラ3Bが異常である場合、右遮断制御と同じ制御である。以下、右遮断制御、左遮断制御、及び対象遮断制御を単に「遮断制御」と称する場合がある。遮断制御は、正常なコントローラが行う制御であって、異常有りと判定されたコントローラの制御対象の転舵輪をフリー状態にする制御といえる。
When the
転舵コントローラ3A、3Bの一方が異常である場合、反力コントローラ5と、転舵コントローラ3A、3Bの他方とが、同じ遮断制御を実行することになるが、先に実行された遮断制御が有効に機能することになる。2つのコントローラにより同時に遮断制御が実行されても、当該遮断制御は有効に機能する。もし、どこかの通信ラインが断線している場合でも、少なくとも一方のコントローラの遮断制御が有効に機能することで、異常のコントローラを無通電状態にすることができる。
If one of the
本実施形態によれば、一方のコントローラに異常が発生した場合、他方のコントローラにより、一方のコントローラの制御対象である転舵装置への制御電流の供給が遮断される。これにより、異常なコントローラに対応する転舵輪には、制御電流が供給されず、当該転舵輪は、従動輪と同様のフリーな状態となる。異常検出後にフリー状態となった転舵輪は、セルフアライニングトルクにより、正常な転舵輪すなわち制御された転舵輪により確保された進行方向に従う。このため、走行抵抗が最小限に抑制され、走行性能(直進/旋回性能)の低下が抑制される。 According to this embodiment, when an abnormality occurs in one controller, the other controller cuts off the supply of control current to the steering device that is controlled by the one controller. As a result, the control current is not supplied to the steered wheel corresponding to the abnormal controller, and the steered wheel becomes in a free state similar to the driven wheel. The steered wheels that have become free after the abnormality is detected follow the traveling direction ensured by the normal steered wheels, that is, the controlled steered wheels, due to self-aligning torque. Therefore, running resistance is suppressed to a minimum, and deterioration of running performance (straight running/turning performance) is suppressed.
(遮断制御後の転舵制御)
左転舵コントローラ3Aは、右遮断制御が実行された状態において、手動運転でのステアリングの操作量又は自動運転での指令値(以下「転舵要求値」ともいう)と、左転舵角センサ224の検出結果と、右転舵角センサ224の検出結果とに基づいて、左転舵装置2Aを制御する。右転舵コントローラ3Bは、左遮断制御が実行された状態において、転舵要求値と、左転舵角センサ224の検出結果と、右転舵角センサ224の検出結果とに基づいて、右転舵装置2Bを制御する。両転舵コントローラ3A、3Bで、同様の制御を実行するため、左転舵コントローラ3Aの制御を例に説明する。
(Steering control after cutoff control)
The
左転舵コントローラ3Aは、通常時すなわち右遮断制御が実行されていない場合、転舵要求値と左転舵角センサ224の検出結果とに基づいて、左転舵装置2Aを制御する。つまり、通常時、左転舵コントローラ3Aは、左転舵角センサ224の検出結果に基づいて演算した左前輪11の実際の転舵角(以下「実転舵角」ともいう)が、転舵要求値に基づく左前輪11の目標転舵角に近づくように、左転舵装置2Aを制御する。
The
右遮断制御が実行された状態において、右前輪12は、フリー状態となっており、路面外乱によって、左前輪11に従動している状態の転舵角から変化する可能性がある。左転舵コントローラ3Aは、左転舵角センサ224の検出結果だけでなく、右転舵角センサ224の検出結果も取得し、右前輪12の転舵角の変化を考慮して左前輪11の目標転舵角を演算する。
In the state where the right cutoff control is executed, the
例えば、右遮断制御が実行された状態で車両が直進している際、路面外乱によりフリー状態の右前輪12の転舵角に変化が発生した場合、左転舵コントローラ3Aは、その変化を打ち消すように、すなわち実際のヨーレート(以下「実ヨーレート」ともいう)が目標ヨーレート(直進の場合は0)で維持されるように、制御状態の左前輪11の目標転舵角を変更する。以下、このような、フリー状態の転舵輪の転舵角の変化に基づいて、正常な転舵輪の目標転舵角を演算する制御を「転舵角修正制御」ともいう。
For example, when the vehicle is traveling straight with right cutoff control being executed, if a change occurs in the steering angle of the
転舵角修正制御では、例えば直進時、路面外乱により右前輪12の転舵角が0度から右に5度に変化した場合、左転舵コントローラ3Aは、その変化を検出し、実ヨーレートが目標ヨーレートで維持されるように、左前輪11の目標転舵角を0度から左に例えば5度に変更する。これにより、右前輪12の意図せぬ転舵(路面外乱による転舵要求値に沿わない転舵)に対して、早い段階で、例えば実ヨーレートが変化する前に対応することができる。
In steering angle correction control, for example, when the steering angle of the
右転舵コントローラ3Bも、左転舵コントローラ3Aと同様に、右転舵角センサ224の検出結果だけでなく、左転舵角センサ224の検出結果も取得し、左前輪11の転舵角の変化を考慮して右前輪12の目標転舵角を演算する。このように、各転舵コントローラ3A、3Bは、転舵角修正制御を実行可能に構成されている。
Similarly to the
転舵角修正制御で行う目標転舵角の修正量は、例えば、フリー状態の転舵輪の「転舵角の変化量」と「車速」とに基づいて設定することができる。各転舵コントローラ3Aは、転舵角の変化量と修正量の関係を示すマップを、車速毎に(例えば、低速域マップ、中速域マップ、高速域マップ等)記憶していてもよい。
The amount of correction of the target turning angle performed in the turning angle correction control can be set based on, for example, the "amount of change in the turning angle" of the steered wheels in the free state and the "vehicle speed." Each
通常時に行われる修正制御、すなわち実ヨーレートの変化に基づいて目標転舵角を修正する制御(以下「ヨーレート修正制御」ともいう)であっても、路面外乱によるフリー状態の転舵輪の転舵角の変化を補償することができる。ヨーレート修正制御において、実ヨーレートの変化に対して、実ヨーレートが目標ヨーレートで維持されるように、正常な転舵輪の目標転舵角を変化させ、進行方向を維持することは可能である。また、修正制御として、横加速度センサ63の検出結果に基づく実際の横加速度の変化に基づいて目標転舵角を修正する制御(以下「横加速度修正制御」ともいう)が行われてもよい。 Even if it is a correction control that is performed normally, that is, a control that corrects the target turning angle based on changes in the actual yaw rate (hereinafter also referred to as "yaw rate correction control"), the turning angle of the steered wheels in the free state due to road surface disturbances is can compensate for changes in In the yaw rate correction control, it is possible to change the target turning angle of the normally steered wheels and maintain the traveling direction so that the actual yaw rate is maintained at the target yaw rate in response to a change in the actual yaw rate. Further, as the correction control, control for correcting the target steering angle based on a change in the actual lateral acceleration based on the detection result of the lateral acceleration sensor 63 (hereinafter also referred to as "lateral acceleration correction control") may be performed.
しかし、ヨーレート修正制御や横加速度修正制御は、実際にヨーレート又は横加速度が変化した後すなわち車両の挙動状態が変化した後にしか実行されず、転舵角の意図せぬ変化に対して車両の進行方向にふらつきが生じやすい。本実施形態では、ヨーレート修正制御及び横加速度修正制御が実行される前に、検出されたフリー状態の転舵輪の転舵角に基づいて、正常な転舵輪に対して転舵角修正制御が実行される。これにより、意図せぬ転舵角の変化に対して相対的に早く補償することができる。したがって、フリー状態の転舵輪における意図せぬ転舵角の変化に対して、車両の進行方向のふらつきを抑制することができる。なお、各転舵コントローラ3A、3Bが転舵角修正制御を実行するように構成されているため、ヨーレート修正制御及び横加速度修正制御については実行しないように構成することも可能である。ただし、各転舵コントローラ3A、3Bが、転舵角修正制御と、ヨーレート修正制御及び/又は横加速度修正制御とを実行可能に構成されることで、より緻密な転舵制御が可能となる。
However, yaw rate correction control and lateral acceleration correction control are only executed after the yaw rate or lateral acceleration has actually changed, that is, after the vehicle's behavioral state has changed. It is easy to wander in direction. In this embodiment, before the yaw rate correction control and the lateral acceleration correction control are executed, the turning angle correction control is executed for the normal steered wheels based on the detected turning angle of the steered wheels in the free state. be done. Thereby, it is possible to compensate for unintended changes in the steering angle relatively quickly. Therefore, it is possible to suppress wobbling in the traveling direction of the vehicle due to unintended changes in the steering angle of the steered wheels in the free state. Note that since each of the
制御の流れの一例について説明すると、図4に示すように、各コントローラ3A、3B、5は、状態を相互に監視し、コントローラの異常の有無を判定する(S1)。転舵コントローラ3A、3Bの一方が異常である場合(S1:Yes)、転舵コントローラ3A、3Bの他方及び/又は反力コントローラ5が遮断制御を実行する(S2)。以下、異常が検出された転舵コントローラ3A、3Bの一方を「異常コントローラ」と称し、異常コントローラの制御対象の転舵輪を「異常輪」と称し、正常である転舵コントローラ3A、3Bの他方を「正常コントローラ」と称し、正常コントローラの制御対象の転舵輪を「正常輪」と称する。遮断制御により、異常輪を転舵する転舵モータ221の電源が遮断され、異常輪はフリー状態となる。
An example of the flow of control will be described. As shown in FIG. 4, the
遮断制御が実行された状態で、正常コントローラは、各転舵角センサ224の検出結果を取得し、正常輪の転舵角の情報だけでなく、異常輪の転舵角の情報を取得する(S3)。また、正常コントローラは、ステアリングセンサ42の検出結果及び車速センサ(車輪速度センサ62)の検出結果を取得する(S4)。正常コントローラは、異常輪の転舵角の情報、ステアリングの操作量の情報、及び車速の情報に基づいて、目標ヨーレート及び正常輪の目標転舵角を演算する(S5)。正常コントローラは、目標転舵角に基づいて、正常輪を転舵する転舵モータ221を制御する(S6)。本実施形態では、コントローラにおいて、目標値とセンサの検出値とに基づいたフィードバック制御が実行される。このように、フリー状態となった異常輪の転舵角を考慮した制御が実行されることで、制御遅れが低減され、車両の進行方向の乱れが抑制され、異常時の走行性能がさらに向上する。
With the cutoff control being executed, the normal controller acquires the detection results of each
(キングピンオフセット及びキャスタトレール)
本実施形態のステアリングシステム1は、キングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が0になるように構成された車両に搭載されている。本実施形態において、サスペンション装置9は、キングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が実質的に0になるように設計されている。
(Kingpin offset and caster trail)
The
図2に示すように、キングピン軸線KPは、アッパーサポート94の中心とボールジョイント911の中心とを通る直線である。車両の前後方向をX方向、車両の左右方向をY方向、車両の上下方向をZ方向とすると、キングピンオフセットδ1は、図5に示すように、YZ平面において、キングピン軸線KPと接地面との交点と、接地面中心SCとの距離である。接地面は、タイヤの路面に対する接地面である。キャスタトレールδ2は、図6に示すように、XZ平面において、キングピン軸線KPと地面(路面)との交点と、接地面中心SCとの距離である。このような構成は、例えば特開2022-11895号公報に記載されている。
As shown in FIG. 2, the kingpin axis KP is a straight line passing through the center of the
停車状態(車両がバウンド・リバウンドしていない状態)において、キングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が0である場合、車重によるキングピン軸線KP回りのモーメントは発生しない。この場合、各転舵モータ221に制御電流が供給されなくても、各転舵角は0度の状態(中立位置、直進位置)となる。つまり、この場合、車両直進時に、各転舵モータ221への電力供給は不要となる。このような構成は、省エネルギーの観点で好ましく、遮断制御が実行された場合でも異常輪が単純な従動輪として機能するため制御しやすい構成といえる。
When the kingpin offset δ1 and the caster trail δ2 are 0 in a stopped state (a state in which the vehicle is not bouncing or rebounding), no moment is generated around the kingpin axis KP due to the vehicle weight. In this case, even if no control current is supplied to each
キャスタトレールδ2が0である場合、キャスタトレールδ2が0でない場合と比較して、セルフアライニングトルクは小さくなる。しかし、タイヤにはニューマチックトレールによりセルフアライニングトルクが発生するため、フリー状態となった異常輪は、正常輪の進行方向に従うことができる。このように、ステアリングシステム1は、停車状態でキングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が0となるような構成の車両、例えば車両直進時に左右の転舵モータ221に制御電流を供給する必要がない車両に搭載されることが好ましい。
When the caster trail δ2 is 0, the self-aligning torque is smaller than when the caster trail δ2 is not 0. However, since self-aligning torque is generated in the tire due to the pneumatic trail, the abnormal wheel that is in a free state can follow the traveling direction of the normal wheel. In this way, the
一方、一般的な車両のように、停車状態でキングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が0でない場合、単輪独立転舵の構成では、車重により各転舵角はトーイン状態(0度から車両内側に角度がついた状態)となる。これによれば、直進時、各転舵角を0度で維持するために、各転舵コントローラ3A、3Bは、対応する転舵モータ221に制御電流を供給し続ける必要がある。この構成で、遮断制御が実行されると、フリー状態となった異常輪には、常時トーインになろうとする力が付加される。したがって、正常コントローラは、正常輪に対して、異常輪のトーイン方向への力を考慮した目標転舵角を演算する必要がある。
On the other hand, when the kingpin offset δ1 and caster trail δ2 are not 0 when the vehicle is stopped, as in a general vehicle, in a configuration with single-wheel independent steering, each steering angle changes from 0 degrees to the inside of the vehicle due to the vehicle weight. (at an angle). According to this, in order to maintain each steering angle at 0 degrees when traveling straight, each
例えば、バウンドもリバウンドもしていない停車状態における車体の車輪に対する上下方向の相対位置を標準位置とすると、標準位置を挟んで、フルバウンド状態の位置の1/2の位置からフルリバウンド状態の位置の1/2の位置までの範囲で、キングピンオフセットδ1及びキャスタトレールδ2が0となるように、サスペンション装置9が構成されてもよい。
For example, if the vertical position of the vehicle body relative to the wheels in a stationary state with no bounce or rebound is defined as the standard position, then from 1/2 of the position in the full bounce state to the position in the full rebound state across the standard position. The
また、本実施形態の車輪の駆動装置がインホイールモータユニット7であるため、その駆動力は接地点入力となる。このため、駆動力によるキングピン軸線KP回りのモーメントが発生せず、車輪への駆動力付与による進行方向のばらつき発生は防止される。なお、車輪でなく車体に駆動源が配置され、駆動力がドライブシャフト等により車輪に伝達されるオンボード型の駆動方式が採用された車両でも、本実施形態のステアリングシステム1は適用可能である。ただし、オンボード型の駆動方式では、駆動力がホイール中心に加わるため、オフセット量や速度に応じて、キングピン軸線KP回りのモーメントが発生する。したがって、この構成では、このモーメントを考慮した転舵制御が必要となる。ステアリングシステム1の適用において、オンボード型の駆動方式の場合、ホイールセンタキングピンオフセットが小さい構成が好ましい。
Moreover, since the wheel drive device of this embodiment is the in-
(その他)
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、コントローラの異常の監視・検出は、反力コントローラ5なしで、2つの転舵コントローラ3A、3B間で行われてもよい。また、車両で自動運転が実行された場合、各転舵コントローラ3A、3Bは、ステアリングホイール41の検出結果(ステアリングの操作量)に代えて、自動運転ECUから送信される指令値(例えば目標転舵角及び目標ヨーレート)に基づいて、対応する転舵装置を制御する。また、自動運転車両では、操作装置4は省略可能である。また、インホイールモータユニット7は、全車輪11~14又は後輪13、14に設けられてもよい。
(others)
The present invention is not limited to the above embodiments. For example, monitoring and detection of abnormality in the controller may be performed between the two
1…ステアリングシステム、2A…左転舵装置、2B…右転舵装置、224…回転角センサ(左転舵角センサ、右転舵角センサ)、3A…左転舵コントローラ、3B…右転舵コントローラ、4…操作装置、41…ステアリングホイール(操作部材)、42…ステアリングセンサ(操作量センサ)、43…反力付与装置、5…反力コントローラ、7…インホイールモータユニット、9…サスペンション装置。 1...Steering system, 2A...Left steering device, 2B...Right steering device, 224...Rotation angle sensor (left steering angle sensor, right steering angle sensor), 3A...Left steering controller, 3B...Right steering Controller, 4... Operating device, 41... Steering wheel (operating member), 42... Steering sensor (operation amount sensor), 43... Reaction force applying device, 5... Reaction force controller, 7... In-wheel motor unit, 9... Suspension device .
Claims (5)
前記左転舵装置とは独立して右転舵輪を転舵する右転舵装置と、
前記左転舵装置を制御する左転舵コントローラと、
前記右転舵装置を制御する右転舵コントローラと、
を備える単輪独立転舵型のステアリングシステムであって、
前記左転舵コントローラは、前記右転舵コントローラの異常を検出可能に構成され、前記右転舵コントローラの異常を検出した場合、前記右転舵装置への制御電流の供給を遮断する右遮断制御を実行し、
前記右転舵コントローラは、前記左転舵コントローラの異常を検出可能に構成され、前記左転舵コントローラの異常を検出した場合、前記左転舵装置への制御電流の供給を遮断する左遮断制御を実行する、
ステアリングシステム。 a left steering device that steers a left steering wheel;
a right steering device that steers a right steering wheel independently of the left steering device;
a left steering controller that controls the left steering device;
a right steering controller that controls the right steering device;
A single-wheel independent steering system comprising:
The left steering controller is configured to be able to detect an abnormality in the right steering controller, and when detecting an abnormality in the right steering controller, performs right cutoff control to cut off the supply of control current to the right steering device. Run
The right steering controller is configured to be able to detect an abnormality in the left steering controller, and when detecting an abnormality in the left steering controller, performs left cutoff control to cut off the supply of control current to the left steering device. execute,
steering system.
前記操作部材の操作量を検出する操作量センサと、
前記操作部材に反力を付与する反力付与装置と、
前記操作量センサの検出結果に基づいて、前記反力付与装置を制御する反力コントローラと、
を備え、
前記左転舵コントローラは、前記操作量センサの検出結果に基づいて、前記左転舵装置を制御し、
前記右転舵コントローラは、前記操作量センサの検出結果に基づいて、前記右転舵装置を制御し、
前記反力コントローラは、前記左転舵コントローラの異常及び前記右転舵コントローラの異常を検出可能に構成され、前記左転舵コントローラ及び前記右転舵コントローラのうち一方の異常を検出した場合、前記一方のコントローラの制御対象である転舵装置への制御電流の供給を遮断する対象遮断制御を実行する、
請求項1に記載のステアリングシステム。 an operating member operated by a driver for steering;
an operation amount sensor that detects an operation amount of the operation member;
a reaction force applying device that applies a reaction force to the operating member;
a reaction force controller that controls the reaction force applying device based on the detection result of the operation amount sensor;
Equipped with
The left steering controller controls the left steering device based on the detection result of the operation amount sensor,
The right steering controller controls the right steering device based on the detection result of the operation amount sensor,
The reaction force controller is configured to be able to detect an abnormality in the left steering controller and an abnormality in the right steering controller, and when detecting an abnormality in one of the left steering controller and the right steering controller, Executing target cutoff control to cut off the supply of control current to the steering device that is controlled by one of the controllers,
A steering system according to claim 1.
前記右転舵輪の転舵角を検出する右転舵角センサと、
を備え、
前記左転舵コントローラは、前記右遮断制御が実行された状態において、手動運転での操作部材の操作量又は自動運転での指令値である転舵要求値と、前記左転舵角センサの検出結果と、前記右転舵角センサの検出結果とに基づいて、前記左転舵装置を制御し、
前記右転舵コントローラは、前記左遮断制御が実行された状態において、前記転舵要求値と、前記左転舵角センサの検出結果と、前記右転舵角センサの検出結果とに基づいて、前記右転舵装置を制御する、
請求項1に記載のステアリングシステム。 a left steering angle sensor that detects a steering angle of the left steering wheel;
a right steering angle sensor that detects a steering angle of the right steering wheel;
Equipped with
The left steering controller detects a steering request value, which is an operation amount of an operating member in manual operation or a command value in automatic operation, and the left steering angle sensor in a state in which the right cutoff control is executed. controlling the left steering device based on the result and the detection result of the right steering angle sensor;
The right steering controller, in a state where the left cutoff control is executed, based on the steering request value, the detection result of the left steering angle sensor, and the detection result of the right steering angle sensor, controlling the right steering device;
A steering system according to claim 1.
前記左遮断制御は、前記左転舵コントローラの作動を禁止する制御である、
請求項1に記載のステアリングシステム。 The right cutoff control is a control that prohibits operation of the right steering controller,
The left cutoff control is a control that prohibits operation of the left steering controller,
A steering system according to claim 1.
請求項1~4の何れか一項に記載のステアリングシステム。 Mounted on a vehicle configured so that the kingpin offset and caster trail are 0,
A steering system according to any one of claims 1 to 4.
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