JP3741039B2 - 操舵制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結としたステアリングバイワイヤ動作による操舵制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステアリングバイワイヤ動作による車両用操舵装置としては、例えば、特開平１０−２５８７５１号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この公報には、制御手段が故障した場合にその故障を速やかに検出することができる車両用操舵装置を提供することを目的とし、制御手段として、主制御部と反力制御部と舵取制御部を備え、主制御部が反力制御部に与える反力指示信号に基づき、主制御部の故障を検出する車両用操舵装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用操舵装置にあっては、ステアリングホイールは運転者の操舵操作と反力アクチュエータによる反力トルクの両方から駆動される構成となっているため、操舵角の監視のみでは反力アクチュエータの故障を判定できないという問題がある。
【０００５】
すなわち、操舵角の変化は、運転者の操舵操作によるものであるか、反力アクチュエータの駆動によるものなのか、操舵角の監視のみでは判断できない。操舵トルクを監視すれば、運転者が操舵しているのか、反力アクチュエータの駆動によるものであるのかは判断可能である。しかし、カーブを通過後、操舵反力を利用して、手を離すことによって、直進状態へ復帰する場合もあるので、操舵トルクのみの監視でも反力アクチュエータの故障を判断することができない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、セルフセンタリング時のようなステアリングホイールから手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータの故障を精度良く判定することができる操舵制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、
ステアリングホイールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結とし、
前記操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータと、前記操舵輪転舵機構に設けられた転舵アクチュエータとを制御する操舵制御手段を設けた操舵制御装置において、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、前記反力アクチュエータが故障であると判定する反力アクチュエータ故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用および効果】
請求項１に係る発明にあっては、反力アクチュエータ故障判定手段において、操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とが監視され、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータが故障であると判定される。
【０００９】
よって、ステアリングバイワイヤ動作による操舵制御装置において、セルフセンタリング時のようなステアリングホイールから手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータの故障を精度良く判定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の操舵制御装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，３，４に係る発明に対応する第１実施例と、請求項５に係る発明に対応する第２実施例と、請求項６，７に係る発明に対応する第３実施例とに基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、図２は第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図、図３は第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１はステアリングホイール、２は操舵入力機構、３は前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）、４，５は前輪、６，７は後輪、８は操舵角センサ（操舵角検出手段）、９は第２の操舵角センサ（操舵角検出手段）、１０はピニオン角センサ、１１はラックストロークセンサ、１２は操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、１３は車速センサ、１４は横加速度センサ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニット（操舵制御手段：図にはＥＣＵという略称にて記す）、１７は転舵アクチュエータ、１８は反力アクチュエータ、１９は電磁クラッチである。
【００１３】
前記操舵入力機構２は、ステアリングホイール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図２に示すように、ステアリングホイール１と電磁クラッチ１９との間の第１コラムシャフト２０には、減速ギア２１を介して反力アクチュエータ１８が取り付けられている。この反力アクチュエータ１８と電磁クラッチ１９との間には、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵角センサ８が取り付けられている。そして、反力アクチュエータ１８には、減速ギア２１を介して反力アクチュエータ１８の回転角度、つまり、第２の操舵角を検出する第２の操舵角センサ９が設けられている。さらに、ステアリングホイール１と反力アクチュエータ１８の減速ギア取付部との間には、操舵力あるいは操舵反力を検出する操舵トルクセンサ１２が取り付けられている。
【００１４】
前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５を転舵する機構で、図２に示すように、ステアリングラック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニオンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ステアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルがキングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵される。
【００１５】
前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア３０を介して転舵アクチュエータ１７が取り付けられており、この転舵アクチュエータ１７により、ピニオンシャフト２９を回転させ、左右の前輪４，５を転舵させることができるようになっている。前記ピニオンシャフト２９の先端には、シャフト回転角を検出するピニオン角センサ１０が取り付けられている。また、前記ステアリングラック２２の端部には、ステアリングラック２２の移動量を検出するラックストロークセンサ１１が取り付けられている。ステアリングラックストロークは、ピニオンシャフト２９の回転角がラック＆ピニオンを介して変換されたものとなるため、このラックストロークセンサ１１は、第２のピニオン角センサということができる。また、前記ピニオンシャフト２９には、第２コラムシャフト３１及び第３コラムシャフト３２が接続されている。
【００１６】
前記電磁クラッチ１９は、図２に示すように、第１コラムシャフト２０と第３コラムシャフト３２との間に挿入されていて、この電磁クラッチ１９を切り離した状態では、転舵アクチュエータ３１により左右の前輪４，５を転舵するステアリングバイワイヤ動作が行われる。また、電磁クラッチ１９を締結した状態では、ステアリングホイール１と左右の前輪４，５とが機械的につながった通常のステアリングとして機能する。そして、センサ、アクチュエータ及び制御装置の故障時には、通常のステアリングとして操舵機能を果たすように構成する。
【００１７】
前記電子制御ユニット１６は、図３に示すように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置としてのＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力インターフェース１６ｃとを備えている。
【００１８】
そして、エンコーダにより構成される操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９とピニオン角センサ１０からの出力は、入力インターフェース１６ａのデコーダに入力され、アップダウンカウンタにより回転角に応じたパルス数がカウントされる。ラックストロークセンサ１１及び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。また、車速センサ１３からのパルス信号は、入力インターフェース１６ａのカウンタによりカウントされてパルス周期が演算される。横加速度センサ１４及びヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。このように、各センサからの出力信号は、入力インターフェース１６ａにより処理された後、ＣＰＵ１６ｂに入力される。
【００１９】
前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号により、転舵アクチュエータ１７、反力アクチュエータ１８への出力指令値を演算する。演算された出力指令値は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）へ入力され、このドライバで電流値に変換され、転舵アクチュエータ１７及び反力アクチュエータ１８へ電流が供給され、両アクチュエータ１７，１８が動作する。また、ステアリングバイワイヤ動作と通常のステアリング動作の切り換えをＣＰＵ１６ｂが判断し、ＣＰＵ１６ｂから指令信号が出力される。この出力信号は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）で電流指令値に変換し、電磁クラッチ１９へ供給することにより、電磁クラッチ１９が動作する。転舵アクチュエータ１７、反力アクチュエータ１８、電磁クラッチ１９の各ドライバへは、リレーを介して電源が供給される。このリレーは、ＣＰＵ１６ｂからの指令信号によりON/OFFされる。
【００２０】
システムの故障時には、転舵アクチュエータ１７及び反力アクチュエータ１８へ電源を供給しているリレーをOFFとし、両アクチュエータ１７，１８への電流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続するように指令値を出力して、通常のステアリングとして機能するようにする。
【００２１】
ここで、操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９による二重系が構成され、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニオン角センサ１０とラックストロークセンサ１１による二重系が構成されているのは、２つのセンサの出力を比較することで、センサの故障を確実に判定できるためである。
【００２２】
次に、作用を説明する。
【００２３】
［反力アクチュエータ故障判定処理］
図４は第１実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートで、以後、このフローチャートに沿って説明する。ここで、θは操舵角、d2θは操舵角加速度、Ｔは操舵トルク、α，βは故障判断の閾値である。また、操舵角θ及び操舵トルクＴについて、符号が正のときを右回転とする。さらに、操舵角加速度d2θは、操舵角θの２階微分演算処理することにより算出される（操舵角加速度検出手段）。
【００２４】
まず、ステップＳ１では、操舵角θが中立より右に操舵されているかどうか判断する。操舵角θが中立よりも右でなければ、ステップＳ２へ進み、操舵角θが中立より左に操舵されているかどうか判断する。そして、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左でなければ（つまり、θ＝０で中立）、ステップＳ３へ進み、タイマカウンタＣＮＴをクリアし、さらに、ステップＳ４へ進み、故障判定フラグFAIL_FLGをクリアして判定処理を終了する。
【００２５】
次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立より右に操舵されていると判断されると、ステップＳ５へ進み、操舵角加速度d2θが右向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが右向きであるならば、ステップＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかどうかをＴ＜−αにより判断する。また、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左に操舵されていると判断されると、ステップＳ７へ進み、操舵角加速度d2θが左向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが左向きであるならば、ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであるかどうかをＴ＞＋αにより判断する。ここで、操舵トルクＴの判定において、±αの不感帯を設けているのは、機械及びアクチュエータの慣性の影響により、操舵トルクセンサ１２の出力に誤差が含まれるため、この誤差分を、不感帯±αを設けることにより除去するためである。
【００２６】
そして、ステップＳ１とステップＳ５とステップＳ６の条件を満足する場合、または、ステップＳ２とステップＳ７とステップＳ８の条件を満足する場合、ステップＳ９へ進み、タイマカウンタＣＮＴの値を、ＣＮＴ＝ＣＮＴ＋１の式によりインクリメントする。次のステップＳ１０では、タイマカウンタＣＮＴの値を所定値βと比較し、ＣＮＴ≦βであれば判定処理を終了し、ＣＮＴ＞βであれば反力アクチュエータ１８が故障であると判定し、ステップＳ１１へ進み、故障判定フラグFAIL_FLGをセットする。
【００２７】
そして、ステップＳ１１にて故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、ＣＰＵ１６ｂは、転舵アクチュエータ１７と反力アクチュエータ１８へ電源を供給しているリレーをOFFにし、アクチュエータへの電流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続するように指令値を出力して、通常のステアリングとして機能するようにする。
【００２８】
［反力アクチュエータ故障判定作用］
上記のような反力アクチュエータ故障判定内容にしたのは、次の理由による。反力アクチュエータ１８の故障モードの中でも、反力アクチュエータ１８が暴走し、ＣＰＵ１６ｂからの指令値とは無関係に動く故障モードは、検出が困難である。このような反力アクチュエータ１８の故障モードは、アクチュエータへの出力ハーネスあるいはドライバでのショートによって起こり得る。
【００２９】
例えば、操舵角θの変化は、運転者の操舵操作によるものであるか、反力アクチュエータ１８の駆動によるものなのか、操舵角θの監視のみでは判断できない。操舵トルクＴを監視すれば、運転者が操舵しているのか、反力アクチュエータ１８の駆動によるものであるのかは判断可能である。しかし、カーブを通過後、操舵反力を利用して、手を離すことによって、直進状態へ復帰する場合もあるので、操舵トルクＴのみの監視では、反力アクチュエータ１８の故障を判断することができない。そこで、故障モードを含んだ操舵操作の全ての場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結果、次のような結果を得た。
【００３０】
ここでは、操舵角θが＋の場合についてのみ示したが、操舵角θが−の場合は符号が逆になった結果が得られる。また、セルフセンタリング時のように、手を離した状態では操舵トルクＴは理想的には発生しないが、実際の操舵装置では、ステアリングホイール１等の機械部品の慣性があり、この慣性に力を作用させるので、操舵トルクセンサ１２に出力が表れる。
【００３１】
この結果により、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障が判断できることが分かった。例えば、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力アクチュエータ１８の故障モードかの何れかである。このうち、切り戻しと急反転操舵の場合には、操舵角加速度d2θは−となる。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操舵角加速度d2θが＋の場合には、反力アクチュエータ故障時であると判定できる。
【００３２】
ただし、センサ出力にはノイズが含まれる可能性があり、ノイズによる反力アクチュエータ１８の故障誤判断を避けるために、所定時間βを超えて連続したら故障と判断するようにしている（ステップＳ１０及びステップＳ１１）。
【００３３】
次に、効果を説明する。
【００３４】
(1) 操舵角θの中立位置からの変位方向と、操舵角加速度d2θの発生方向と、操舵トルクＴの発生方向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と操舵角加速度d2θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定するようにしたため、セルフセンタリング時のようなステアリングホイール１から手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータ１８の故障を精度良く判定することができる。
【００３５】
(2) 操舵トルクＴの判定において、±αの不感帯を設けているため、機械及びアクチュエータの慣性の影響により、操舵トルクセンサ１２の出力に含まれる誤差分を、不感帯±αを設けることにより除去することができる。
【００３６】
(3) 操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９により二重系を構成し、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニオン角センサ１０とラックストロークセンサ１１により二重系を構成しているため、２つのセンサの出力を比較することで、センサ故障を確実に判定することができる。
【００３７】
(4) ステアリングホイール１により動作する操舵入力機構２と、左右の前輪４，５を転舵する前輪転舵機構３との間に電磁クラッチ１９を挿入する構成としたため、センサやアクチュエータ等の故障判定時、電磁クラッチ１９を接続することで、ステアリングホイール１と左右の前輪４，５が機械的に連結された通常のステアリングとしての機能を確保することができる。
【００３８】
（第２実施例）
第２実施例は、第１実施例では、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障判断を行う例を示したのに対し、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴに、操舵角速度ｄθを加え、これらの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障判断を行うようにした例である。
【００３９】
まず、構成を説明すると、第２実施例の構成は第１実施例（図１〜図３）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００４０】
次に、作用を説明する。
【００４１】
［反力アクチュエータ故障判定処理］
図５は第２実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートで、以後、このフローチャートに沿って説明する。ここで、θは操舵角、ｄθは操舵角速度、d2θは操舵角加速度、Ｔは操舵トルク、α，βは故障判断の閾値である。また、操舵角θ及び操舵トルクＴについて、符号が正のときを右回転とする。さらに、操舵角速度ｄθは、操舵角θを微分演算処理により算出され（操舵角速度検出手段）、操舵角加速度d2θは、操舵角θを２階微分演算処理することにより算出される（操舵角加速度検出手段）。
【００４２】
なお、ステップＳ１〜ステップＳ１１は、図４に示す第１実施例と同様の処理であるので説明を省略し、第１実施例との相違点のみを説明する。
【００４３】
次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立より右に操舵されていると判断されると、ステップＳ１２へ進み、操舵角速度ｄθが右方向であるかどうかを判断する。操舵角速度ｄθが右向きであるならば、ステップＳ５へ進み、操舵角加速度d2θが右向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが右向きであるならば、ステップＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかどうかをＴ＜−αにより判断する。
【００４４】
また、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左に操舵されていると判断されると、ステップＳ１３へ進み、操舵角速度ｄθが左方向であるかどうかを判断する。操舵角速度ｄθが左向きであるならば、ステップＳ７へ進み、操舵角加速度d2θが左向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが左向きであるならば、ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであるかどうかをＴ＞＋αにより判断する。
【００４５】
［反力アクチュエータ故障判定作用］
第１実施例と同様に、故障モードを含んだ操舵操作の全ての場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結果、次のような結果を得た。
【００４６】
ここでは、操舵角θが＋の場合についてのみ示したが、操舵角θが−の場合は符号が逆になった結果が得られる。また、セルフセンタリング時のように、手を離した状態では操舵トルクＴは理想的には発生しないが、実際の操舵装置では、ステアリングホイール１等の機械部品の慣性があり、この慣性に力を作用させるので、操舵トルクセンサ１２に出力が表れる。
【００４７】
この結果により、操舵角θ、操舵角速度ｄθ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障が判断できることが分かった。例えば、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力アクチュエータ１８の故障モードかの何れかである。このうち、切り戻しと急反転操舵の場合には、操舵角速度ｄθが−（＋→−）となり、操舵角加速度d2θは−となる。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操舵角速度ｄθが＋で、操舵角加速度d2θが＋の場合には、反力アクチュエータ故障時であると判定できる。
【００４８】
次に、効果を説明する。
【００４９】
この第２実施例の操舵制御装置では、第１実施例の(1)の効果に代え、下記の効果を得ることができる。
(5) 操舵角θの中立位置からの変位方向と、操舵角速度ｄθの発生方向と、操舵角加速度d2θの発生方向と、操舵トルクＴの発生方向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と操舵角速度ｄθの発生方向と操舵角加速度d2θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定するようにしたため、セルフセンタリング時のようなステアリングホイール１から手を離しての操作時を含めて、高い故障判定信頼性により反力アクチュエータ１８の故障を精度良く判定することができる。
【００５０】
（第３実施例）
まず、構成を説明する。
図６は第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、図７は第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図、図８は第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【００５１】
図６において、１はステアリングホイール、２は操舵入力機構（操舵入力機構）、３は前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）、４，５は前輪、６，７は後輪、８は操舵角センサ、９ａは操舵角センサＡ、９ｂは操舵角センサＢ、１０ａは転舵角センサ、１０ｂはピニオン角センサ、１１はラックストロークセンサ、１２は操舵トルクセンサ、１３は車速センサ、１４は横加速度センサ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニット、１７ａは転舵アクチュエータＡ、１７ｂは転舵アクチュエータＢ、１８ａは反力アクチュエータＡ、１８ｂは反力アクチュエータＢである。
【００５２】
前記操舵入力機構２は、ステアリングホイール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図７に示すように、前記ステアリングホイール１と共に回転する第１コラムシャフト２０には、減速ギア２１ａ，２１ｂを介して反力アクチュエータＡ１８ａ，反力アクチュエータＢ１８ｂが取り付けられている。
【００５３】
そして、第１コラムシャフト２０の端部には、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵角センサ８が取り付けられている。また、反力アクチュエータＡ１８ａには、減速ギア２１ａを介して反力アクチュエータＡ１８ａの回転角度、つまり、第２の操舵角を検出する操舵角センサＡ９ａが設けられ、さらに、反力アクチュエータＢ１８ｂには、減速ギア２１ｂを介して反力アクチュエータＢ１８ｂの回転角度、つまり、第３の操舵角を検出する操舵角センサＢ９ｂが設けられている。加えて、ステアリングホイール１と反力アクチュエータＢ１８ｂの減速ギア取付部との間には、操舵力あるいは操舵反力を検出する操舵トルクセンサ１２が取り付けられている。
【００５４】
前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５を転舵する機構で、図７に示すように、ステアリングラック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニオンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ステアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルがキングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵される。
【００５５】
前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア３０ａを介して転舵アクチュエータ１７ａが取り付けられ、また、減速ギア３０ｂを介して転舵アクチュエータ１７ｂが取り付けられており、この転舵アクチュエータ１７ａ，１７ｂにより、ピニオンシャフト２９または第２コラムシャフト３０を回転させ、左右の前輪４，５を転舵させることができるようになっている。
【００５６】
前記第２コラムシャフト３０の端部にはシャフト回転角を検出する転舵角センサ１０ａが取り付けられている。また、ピニオンシャフト２９の先端には、シャフト回転角を検出する第２の転舵角センサとしてのピニオン角センサ１０ｂが取り付けられている。さらに、前記ステアリングラック２２の端部には、ステアリングラック２２の移動量を検出するラックストロークセンサ１１が取り付けられている。ステアリングラックストロークは、ピニオンシャフト２９の回転角がラック＆ピニオンを介して変換されたものとなるため、このラックストロークセンサ１１は、第３の転舵角センサということができる。
【００５７】
前記電子制御ユニット１６は、図８に示すように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置としてのＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力インターフェース１６ｃとを備えている。
【００５８】
そして、エンコーダにより構成される操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂと転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂからの出力は、入力インターフェース１６ａのデコーダに入力され、アップダウンカウンタにより回転角に応じたパルス数がカウントされる。ラックストロークセンサ１１及び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。また、車速センサ１３からのパルス信号は、入力インターフェース１６ａのカウンタによりカウントされてパルス周期が演算される。横加速度センサ１４及びヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。このように、各センサからの出力信号は、入力インターフェース１６ａにより処理された後、ＣＰＵ１６ｂに入力される。
【００５９】
前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号により、転舵アクチュエータＡ１７ａ、転舵アクチュエータＢ１７ｂ、反力アクチュエータＡ１８ａ、反力アクチュエータＢ１８ｂへの出力指令値を演算する。演算された出力指令値は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）へ入力され、このドライバで電流値に変換され、両転舵アクチュエータ１７ａ，１７ｂ及び反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂへ電流が供給され、これらのアクチュエータ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが動作する。
【００６０】
ここで、操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂによる三重系が構成され、また、転舵角を検出するセンサとして、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂとラックストロークセンサ１１による三重系が構成されている。
【００６１】
センサを三重系で構成するのは、次の理由による。三重系のセンサのどれか１つが故障した場合、３つのセンサ出力の多数決を採ることにより、どのセンサが故障したかが判断可能であるので、残りの２つのセンサでステアリングバイワイヤ動作を続けることができ、第１実施例のように、機械的つながりによる通常のステアリング機能を必要としないからである。
【００６２】
なお、この第３実施例において、反力アクチュエータの故障判定の動作は、第１実施例の図４に示すフローチャート、または、第２実施例の図５に示すフローチャートで説明できる。従って、反力アクチュエータ故障判定動作の説明は省略する。
【００６３】
ここで、故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、２つの反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂのどちらが故障したかの判定は、次のように行われる。すなわち、動作時には常に２つの反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂのうちどちらか１つのアクチュエータのみが動作するようにし、残りのアクチュエータは待機状態としておく。ただし、残りのアクチュエータが正常か否かは、例えば、始動時に毎回チェックを行うようにする。これにより、故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、その時点で動作していたアクチュエータが故障であると判別できる。
【００６４】
アクチュエータが故障であると判断されたら、ＣＰＵ１６ｂは、故障であると判断されたアクチュエータのドライバに電源を供給しているリレーをOFFし、待機状態にあったアクチュエータのドライバに電源を供給することリレーをONにする。これにより、ステアリングバイワイヤ動作を継続する。
【００６５】
次に、効果を説明する。
【００６６】
この第２実施例の操舵制御装置では、第１実施例及び第２実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００６７】
(6) 操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂにより三重系を構成し、また、転舵角を検出するセンサとして、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂとラックストロークセンサ１１により三重系を構成しているため、三重系のセンサのどれか１つが故障した場合、３つのセンサの多数決を採ることによりどのセンサが故障したかを判断することができる。
【００６８】
(7) 転舵アクチュエータとして、転舵アクチュエータＡ１７ａと転舵アクチュエータＢ１７ｂにより二重系を構成し、反力アクチュエータとして、反力アクチュエータＡ１８ａと反力アクチュエータＢ１８ｂにより二重系を構成しているため、２つのアクチュエータのうち一方が故障であると判定されても、残りのアクチュエータを用いてステアリングバイワイヤ動作を継続することができる。
【００６９】
（他の実施例）
以上、本発明の操舵制御装置を第１実施例乃至第３実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００７０】
例えば、第１実施例〜第３実施例では、操舵角検出手段としてエンコーダを用いた例を示したが、ポテンショメータ等の他の手段を用いても良い。
【００７１】
第３実施例では、操舵角速度検出手段として、操舵角検出値を時間微分演算することにより操舵角速度を得る例を示したが、タコジェネレータを用いて直接、操舵角速度を得るようにしても良い。
【００７２】
第１実施例〜第３実施例では、操舵トルク検出手段として操舵トルクセンサを用いた例を示したが、反力アクチュエータのモータへの実電流値を用いて操舵トルクを推定する手段としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図である。
【図３】第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【図４】第１実施例の電子制御ユニットで実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】第２実施例の電子制御ユニットで実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム図である。
【図７】第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図である。
【図８】第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵入力機構
３ 前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）
４，５ 前輪（操舵輪）
６，７ 後輪
８ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
９ 第２の操舵角センサ（操舵角検出手段）
１０ ピニオン角センサ
１１ ラックストロークセンサ
１２ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１３ 車速センサ
１４ 横加速度センサ
１５ ヨーレートセンサ
１６ 電子制御ユニット（操舵制御手段）
１７ 転舵アクチュエータ
１８ 反力アクチュエータ
１９ 電磁クラッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結としたステアリングバイワイヤ動作による操舵制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステアリングバイワイヤ動作による車両用操舵装置としては、例えば、特開平１０−２５８７５１号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この公報には、制御手段が故障した場合にその故障を速やかに検出することができる車両用操舵装置を提供することを目的とし、制御手段として、主制御部と反力制御部と舵取制御部を備え、主制御部が反力制御部に与える反力指示信号に基づき、主制御部の故障を検出する車両用操舵装置が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用操舵装置にあっては、ステアリングホイールは運転者の操舵操作と反力アクチュエータによる反力トルクの両方から駆動される構成となっているため、操舵角の監視のみでは反力アクチュエータの故障を判定できないという問題がある。
【０００５】
すなわち、操舵角の変化は、運転者の操舵操作によるものであるか、反力アクチュエータの駆動によるものなのか、操舵角の監視のみでは判断できない。操舵トルクを監視すれば、運転者が操舵しているのか、反力アクチュエータの駆動によるものであるのかは判断可能である。しかし、カーブを通過後、操舵反力を利用して、手を離すことによって、直進状態へ復帰する場合もあるので、操舵トルクのみの監視でも反力アクチュエータの故障を判断することができない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、セルフセンタリング時のようなステアリングホイールから手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータの故障を精度良く判定することができる操舵制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、
ステアリングホイールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結とし、
前記操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータと、前記操舵輪転舵機構に設けられた転舵アクチュエータとを制御する操舵制御手段を設けた操舵制御装置において、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、前記反力アクチュエータが故障であると判定する反力アクチュエータ故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の作用および効果】
請求項１に係る発明にあっては、反力アクチュエータ故障判定手段において、操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とが監視され、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータが故障であると判定される。
【０００９】
よって、ステアリングバイワイヤ動作による操舵制御装置において、セルフセンタリング時のようなステアリングホイールから手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータの故障を精度良く判定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の操舵制御装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，３，４に係る発明に対応する第１実施例と、請求項５に係る発明に対応する第２実施例と、請求項６，７に係る発明に対応する第３実施例とに基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、図２は第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図、図３は第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１はステアリングホイール、２は操舵入力機構、３は前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）、４，５は前輪、６，７は後輪、８は操舵角センサ（操舵角検出手段）、９は第２の操舵角センサ（操舵角検出手段）、１０はピニオン角センサ、１１はラックストロークセンサ、１２は操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）、１３は車速センサ、１４は横加速度センサ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニット（操舵制御手段：図にはＥＣＵという略称にて記す）、１７は転舵アクチュエータ、１８は反力アクチュエータ、１９は電磁クラッチである。
【００１３】
前記操舵入力機構２は、ステアリングホイール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図２に示すように、ステアリングホイール１と電磁クラッチ１９との間の第１コラムシャフト２０には、減速ギア２１を介して反力アクチュエータ１８が取り付けられている。この反力アクチュエータ１８と電磁クラッチ１９との間には、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵角センサ８が取り付けられている。そして、反力アクチュエータ１８には、減速ギア２１を介して反力アクチュエータ１８の回転角度、つまり、第２の操舵角を検出する第２の操舵角センサ９が設けられている。さらに、ステアリングホイール１と反力アクチュエータ１８の減速ギア取付部との間には、操舵力あるいは操舵反力を検出する操舵トルクセンサ１２が取り付けられている。
【００１４】
前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５を転舵する機構で、図２に示すように、ステアリングラック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニオンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ステアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルがキングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵される。
【００１５】
前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア３０を介して転舵アクチュエータ１７が取り付けられており、この転舵アクチュエータ１７により、ピニオンシャフト２９を回転させ、左右の前輪４，５を転舵させることができるようになっている。前記ピニオンシャフト２９の先端には、シャフト回転角を検出するピニオン角センサ１０が取り付けられている。また、前記ステアリングラック２２の端部には、ステアリングラック２２の移動量を検出するラックストロークセンサ１１が取り付けられている。ステアリングラックストロークは、ピニオンシャフト２９の回転角がラック＆ピニオンを介して変換されたものとなるため、このラックストロークセンサ１１は、第２のピニオン角センサということができる。また、前記ピニオンシャフト２９には、第２コラムシャフト３１及び第３コラムシャフト３２が接続されている。
【００１６】
前記電磁クラッチ１９は、図２に示すように、第１コラムシャフト２０と第３コラムシャフト３２との間に挿入されていて、この電磁クラッチ１９を切り離した状態では、転舵アクチュエータ３１により左右の前輪４，５を転舵するステアリングバイワイヤ動作が行われる。また、電磁クラッチ１９を締結した状態では、ステアリングホイール１と左右の前輪４，５とが機械的につながった通常のステアリングとして機能する。そして、センサ、アクチュエータ及び制御装置の故障時には、通常のステアリングとして操舵機能を果たすように構成する。
【００１７】
前記電子制御ユニット１６は、図３に示すように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置としてのＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力インターフェース１６ｃとを備えている。
【００１８】
そして、エンコーダにより構成される操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９とピニオン角センサ１０からの出力は、入力インターフェース１６ａのデコーダに入力され、アップダウンカウンタにより回転角に応じたパルス数がカウントされる。ラックストロークセンサ１１及び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。また、車速センサ１３からのパルス信号は、入力インターフェース１６ａのカウンタによりカウントされてパルス周期が演算される。横加速度センサ１４及びヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。このように、各センサからの出力信号は、入力インターフェース１６ａにより処理された後、ＣＰＵ１６ｂに入力される。
【００１９】
前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号により、転舵アクチュエータ１７、反力アクチュエータ１８への出力指令値を演算する。演算された出力指令値は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）へ入力され、このドライバで電流値に変換され、転舵アクチュエータ１７及び反力アクチュエータ１８へ電流が供給され、両アクチュエータ１７，１８が動作する。また、ステアリングバイワイヤ動作と通常のステアリング動作の切り換えをＣＰＵ１６ｂが判断し、ＣＰＵ１６ｂから指令信号が出力される。この出力信号は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）で電流指令値に変換し、電磁クラッチ１９へ供給することにより、電磁クラッチ１９が動作する。転舵アクチュエータ１７、反力アクチュエータ１８、電磁クラッチ１９の各ドライバへは、リレーを介して電源が供給される。このリレーは、ＣＰＵ１６ｂからの指令信号によりON/OFFされる。
【００２０】
システムの故障時には、転舵アクチュエータ１７及び反力アクチュエータ１８へ電源を供給しているリレーをOFFとし、両アクチュエータ１７，１８への電流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続するように指令値を出力して、通常のステアリングとして機能するようにする。
【００２１】
ここで、操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９による二重系が構成され、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニオン角センサ１０とラックストロークセンサ１１による二重系が構成されているのは、２つのセンサの出力を比較することで、センサの故障を確実に判定できるためである。
【００２２】
次に、作用を説明する。
【００２３】
［反力アクチュエータ故障判定処理］
図４は第１実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートで、以後、このフローチャートに沿って説明する。ここで、θは操舵角、d2θは操舵角加速度、Ｔは操舵トルク、α，βは故障判断の閾値である。また、操舵角θ及び操舵トルクＴについて、符号が正のときを右回転とする。さらに、操舵角加速度d2θは、操舵角θの２階微分演算処理することにより算出される（操舵角加速度検出手段）。
【００２４】
まず、ステップＳ１では、操舵角θが中立より右に操舵されているかどうか判断する。操舵角θが中立よりも右でなければ、ステップＳ２へ進み、操舵角θが中立より左に操舵されているかどうか判断する。そして、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左でなければ（つまり、θ＝０で中立）、ステップＳ３へ進み、タイマカウンタＣＮＴをクリアし、さらに、ステップＳ４へ進み、故障判定フラグFAIL_FLGをクリアして判定処理を終了する。
【００２５】
次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立より右に操舵されていると判断されると、ステップＳ５へ進み、操舵角加速度d2θが右向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが右向きであるならば、ステップＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかどうかをＴ＜−αにより判断する。また、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左に操舵されていると判断されると、ステップＳ７へ進み、操舵角加速度d2θが左向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが左向きであるならば、ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであるかどうかをＴ＞＋αにより判断する。ここで、操舵トルクＴの判定において、±αの不感帯を設けているのは、機械及びアクチュエータの慣性の影響により、操舵トルクセンサ１２の出力に誤差が含まれるため、この誤差分を、不感帯±αを設けることにより除去するためである。
【００２６】
そして、ステップＳ１とステップＳ５とステップＳ６の条件を満足する場合、または、ステップＳ２とステップＳ７とステップＳ８の条件を満足する場合、ステップＳ９へ進み、タイマカウンタＣＮＴの値を、ＣＮＴ＝ＣＮＴ＋１の式によりインクリメントする。次のステップＳ１０では、タイマカウンタＣＮＴの値を所定値βと比較し、ＣＮＴ≦βであれば判定処理を終了し、ＣＮＴ＞βであれば反力アクチュエータ１８が故障であると判定し、ステップＳ１１へ進み、故障判定フラグFAIL_FLGをセットする。
【００２７】
そして、ステップＳ１１にて故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、ＣＰＵ１６ｂは、転舵アクチュエータ１７と反力アクチュエータ１８へ電源を供給しているリレーをOFFにし、アクチュエータへの電流を遮断する。そして、電磁クラッチ１９を接続するように指令値を出力して、通常のステアリングとして機能するようにする。
【００２８】
［反力アクチュエータ故障判定作用］
上記のような反力アクチュエータ故障判定内容にしたのは、次の理由による。反力アクチュエータ１８の故障モードの中でも、反力アクチュエータ１８が暴走し、ＣＰＵ１６ｂからの指令値とは無関係に動く故障モードは、検出が困難である。このような反力アクチュエータ１８の故障モードは、アクチュエータへの出力ハーネスあるいはドライバでのショートによって起こり得る。
【００２９】
例えば、操舵角θの変化は、運転者の操舵操作によるものであるか、反力アクチュエータ１８の駆動によるものなのか、操舵角θの監視のみでは判断できない。操舵トルクＴを監視すれば、運転者が操舵しているのか、反力アクチュエータ１８の駆動によるものであるのかは判断可能である。しかし、カーブを通過後、操舵反力を利用して、手を離すことによって、直進状態へ復帰する場合もあるので、操舵トルクＴのみの監視では、反力アクチュエータ１８の故障を判断することができない。そこで、故障モードを含んだ操舵操作の全ての場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結果、次のような結果を得た。
【００３０】
【００３１】
この結果により、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障が判断できることが分かった。例えば、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力アクチュエータ１８の故障モードかの何れかである。このうち、切り戻しと急反転操舵の場合には、操舵角加速度d2θは−となる。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操舵角加速度d2θが＋の場合には、反力アクチュエータ故障時であると判定できる。
【００３２】
ただし、センサ出力にはノイズが含まれる可能性があり、ノイズによる反力アクチュエータ１８の故障誤判断を避けるために、所定時間βを超えて連続したら故障と判断するようにしている（ステップＳ１０及びステップＳ１１）。
【００３３】
次に、効果を説明する。
【００３４】
(1) 操舵角θの中立位置からの変位方向と、操舵角加速度d2θの発生方向と、操舵トルクＴの発生方向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と操舵角加速度d2θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定するようにしたため、セルフセンタリング時のようなステアリングホイール１から手を離しての操作時を含めて、反力アクチュエータ１８の故障を精度良く判定することができる。
【００３５】
(2) 操舵トルクＴの判定において、±αの不感帯を設けているため、機械及びアクチュエータの慣性の影響により、操舵トルクセンサ１２の出力に含まれる誤差分を、不感帯±αを設けることにより除去することができる。
【００３６】
(3) 操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と第２の操舵角センサ９により二重系を構成し、また、転舵角を検出するセンサとして、ピニオン角センサ１０とラックストロークセンサ１１により二重系を構成しているため、２つのセンサの出力を比較することで、センサ故障を確実に判定することができる。
【００３７】
(4) ステアリングホイール１により動作する操舵入力機構２と、左右の前輪４，５を転舵する前輪転舵機構３との間に電磁クラッチ１９を挿入する構成としたため、センサやアクチュエータ等の故障判定時、電磁クラッチ１９を接続することで、ステアリングホイール１と左右の前輪４，５が機械的に連結された通常のステアリングとしての機能を確保することができる。
【００３８】
（第２実施例）
第２実施例は、第１実施例では、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障判断を行う例を示したのに対し、操舵角θ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴに、操舵角速度ｄθを加え、これらの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障判断を行うようにした例である。
【００３９】
まず、構成を説明すると、第２実施例の構成は第１実施例（図１〜図３）と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００４０】
次に、作用を説明する。
【００４１】
［反力アクチュエータ故障判定処理］
図５は第２実施例の電子制御ユニット１６で実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートで、以後、このフローチャートに沿って説明する。ここで、θは操舵角、ｄθは操舵角速度、d2θは操舵角加速度、Ｔは操舵トルク、α，βは故障判断の閾値である。また、操舵角θ及び操舵トルクＴについて、符号が正のときを右回転とする。さらに、操舵角速度ｄθは、操舵角θを微分演算処理により算出され（操舵角速度検出手段）、操舵角加速度d2θは、操舵角θを２階微分演算処理することにより算出される（操舵角加速度検出手段）。
【００４２】
なお、ステップＳ１〜ステップＳ１１は、図４に示す第１実施例と同様の処理であるので説明を省略し、第１実施例との相違点のみを説明する。
【００４３】
次に、ステップＳ１にて操舵角θが中立より右に操舵されていると判断されると、ステップＳ１２へ進み、操舵角速度ｄθが右方向であるかどうかを判断する。操舵角速度ｄθが右向きであるならば、ステップＳ５へ進み、操舵角加速度d2θが右向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが右向きであるならば、ステップＳ６へ進み、操舵トルクＴが左向きであるかどうかをＴ＜−αにより判断する。
【００４４】
また、ステップＳ２にて操舵角θが中立より左に操舵されていると判断されると、ステップＳ１３へ進み、操舵角速度ｄθが左方向であるかどうかを判断する。操舵角速度ｄθが左向きであるならば、ステップＳ７へ進み、操舵角加速度d2θが左向きであるかどうかを判断する。操舵角加速度d2θが左向きであるならば、ステップＳ８へ進み、操舵トルクＴが右向きであるかどうかをＴ＞＋αにより判断する。
【００４５】
［反力アクチュエータ故障判定作用］
第１実施例と同様に、故障モードを含んだ操舵操作の全ての場合について、センサで検出可能な値の変化を調べた結果、次のような結果を得た。
【００４６】
【００４７】
この結果により、操舵角θ、操舵角速度ｄθ、操舵角加速度d2θ、操舵トルクＴの組み合わせを監視することにより、反力アクチュエータ１８の故障が判断できることが分かった。例えば、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−の場合は、切り戻しか急反転操舵か反力アクチュエータ１８の故障モードかの何れかである。このうち、切り戻しと急反転操舵の場合には、操舵角速度ｄθが−（＋→−）となり、操舵角加速度d2θは−となる。よって、操舵角θが＋で、操舵トルクＴが−で、操舵角速度ｄθが＋で、操舵角加速度d2θが＋の場合には、反力アクチュエータ故障時であると判定できる。
【００４８】
次に、効果を説明する。
【００４９】
この第２実施例の操舵制御装置では、第１実施例の(1)の効果に代え、下記の効果を得ることができる。
(5) 操舵角θの中立位置からの変位方向と、操舵角速度ｄθの発生方向と、操舵角加速度d2θの発生方向と、操舵トルクＴの発生方向を監視し、操舵角θの中立位置からの変位方向と操舵角速度ｄθの発生方向と操舵角加速度d2θの発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクＴの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、反力アクチュエータ１８が故障であると判定するようにしたため、セルフセンタリング時のようなステアリングホイール１から手を離しての操作時を含めて、高い故障判定信頼性により反力アクチュエータ１８の故障を精度良く判定することができる。
【００５０】
（第３実施例）
まず、構成を説明する。
図６は第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム図、図７は第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図、図８は第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【００５１】
図６において、１はステアリングホイール、２は操舵入力機構（操舵入力機構）、３は前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）、４，５は前輪、６，７は後輪、８は操舵角センサ、９ａは操舵角センサＡ、９ｂは操舵角センサＢ、１０ａは転舵角センサ、１０ｂはピニオン角センサ、１１はラックストロークセンサ、１２は操舵トルクセンサ、１３は車速センサ、１４は横加速度センサ、１５はヨーレートセンサ、１６は電子制御ユニット、１７ａは転舵アクチュエータＡ、１７ｂは転舵アクチュエータＢ、１８ａは反力アクチュエータＡ、１８ｂは反力アクチュエータＢである。
【００５２】
前記操舵入力機構２は、ステアリングホイール１からの運転者の操舵操作を入力すると共に、操舵操作に応じた操舵反力を発生させる機構で、図７に示すように、前記ステアリングホイール１と共に回転する第１コラムシャフト２０には、減速ギア２１ａ，２１ｂを介して反力アクチュエータＡ１８ａ，反力アクチュエータＢ１８ｂが取り付けられている。
【００５３】
そして、第１コラムシャフト２０の端部には、ステアリングホイール１の回転角度を検出する操舵角センサ８が取り付けられている。また、反力アクチュエータＡ１８ａには、減速ギア２１ａを介して反力アクチュエータＡ１８ａの回転角度、つまり、第２の操舵角を検出する操舵角センサＡ９ａが設けられ、さらに、反力アクチュエータＢ１８ｂには、減速ギア２１ｂを介して反力アクチュエータＢ１８ｂの回転角度、つまり、第３の操舵角を検出する操舵角センサＢ９ｂが設けられている。加えて、ステアリングホイール１と反力アクチュエータＢ１８ｂの減速ギア取付部との間には、操舵力あるいは操舵反力を検出する操舵トルクセンサ１２が取り付けられている。
【００５４】
前記前輪転舵機構３は、左右の前輪４，５を転舵する機構で、図７に示すように、ステアリングラック２２の左右端部には、それぞれタイロッド２３，２４を介してナックルアーム２５，２６及び前輪４，５が接続されている。ステアリングラック２２にはネジ２７が切られ、ピニオンギア２８と噛み合い、ラック＆ピニオンを構成し、ピニオンシャフト２９が回転すると、ステアリングラック２２が左右に移動し、左右のタイロッド２３，２４を動かす。そして、タイロッド２３，２４と一緒にナックルアーム２５，２６が動き、ナックルがキングピン周りの回転運動をして前輪４，５が転舵される。
【００５５】
前記ピニオンシャフト２９には、減速ギア３０ａを介して転舵アクチュエータ１７ａが取り付けられ、また、減速ギア３０ｂを介して転舵アクチュエータ１７ｂが取り付けられており、この転舵アクチュエータ１７ａ，１７ｂにより、ピニオンシャフト２９または第２コラムシャフト３０を回転させ、左右の前輪４，５を転舵させることができるようになっている。
【００５６】
前記第２コラムシャフト３０の端部にはシャフト回転角を検出する転舵角センサ１０ａが取り付けられている。また、ピニオンシャフト２９の先端には、シャフト回転角を検出する第２の転舵角センサとしてのピニオン角センサ１０ｂが取り付けられている。さらに、前記ステアリングラック２２の端部には、ステアリングラック２２の移動量を検出するラックストロークセンサ１１が取り付けられている。ステアリングラックストロークは、ピニオンシャフト２９の回転角がラック＆ピニオンを介して変換されたものとなるため、このラックストロークセンサ１１は、第３の転舵角センサということができる。
【００５７】
前記電子制御ユニット１６は、図８に示すように、デコーダやＡ／Ｄ変換器やカウンタを有する入力インターフェース１６ａと、中央演算処理装置としてのＣＰＵ１６ｂと、リレーやドライバを有する出力インターフェース１６ｃとを備えている。
【００５８】
そして、エンコーダにより構成される操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂと転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂからの出力は、入力インターフェース１６ａのデコーダに入力され、アップダウンカウンタにより回転角に応じたパルス数がカウントされる。ラックストロークセンサ１１及び操舵トルクセンサ１２からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。また、車速センサ１３からのパルス信号は、入力インターフェース１６ａのカウンタによりカウントされてパルス周期が演算される。横加速度センサ１４及びヨーレートセンサ１５からの出力電圧は、入力インターフェース１６ａのＡ／Ｄ変換器でデジタル数値に変換される。このように、各センサからの出力信号は、入力インターフェース１６ａにより処理された後、ＣＰＵ１６ｂに入力される。
【００５９】
前記ＣＰＵ１６ｂでは、これらの処理信号により、転舵アクチュエータＡ１７ａ、転舵アクチュエータＢ１７ｂ、反力アクチュエータＡ１８ａ、反力アクチュエータＢ１８ｂへの出力指令値を演算する。演算された出力指令値は、出力インターフェース１６ｃのドライバ（駆動回路）へ入力され、このドライバで電流値に変換され、両転舵アクチュエータ１７ａ，１７ｂ及び反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂへ電流が供給され、これらのアクチュエータ１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂが動作する。
【００６０】
ここで、操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂによる三重系が構成され、また、転舵角を検出するセンサとして、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂとラックストロークセンサ１１による三重系が構成されている。
【００６１】
センサを三重系で構成するのは、次の理由による。三重系のセンサのどれか１つが故障した場合、３つのセンサ出力の多数決を採ることにより、どのセンサが故障したかが判断可能であるので、残りの２つのセンサでステアリングバイワイヤ動作を続けることができ、第１実施例のように、機械的つながりによる通常のステアリング機能を必要としないからである。
【００６２】
なお、この第３実施例において、反力アクチュエータの故障判定の動作は、第１実施例の図４に示すフローチャート、または、第２実施例の図５に示すフローチャートで説明できる。従って、反力アクチュエータ故障判定動作の説明は省略する。
【００６３】
ここで、故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、２つの反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂのどちらが故障したかの判定は、次のように行われる。すなわち、動作時には常に２つの反力アクチュエータ１８ａ，１８ｂのうちどちらか１つのアクチュエータのみが動作するようにし、残りのアクチュエータは待機状態としておく。ただし、残りのアクチュエータが正常か否かは、例えば、始動時に毎回チェックを行うようにする。これにより、故障判定フラグFAIL_FLGがセットされた場合、その時点で動作していたアクチュエータが故障であると判別できる。
【００６４】
アクチュエータが故障であると判断されたら、ＣＰＵ１６ｂは、故障であると判断されたアクチュエータのドライバに電源を供給しているリレーをOFFし、待機状態にあったアクチュエータのドライバに電源を供給することリレーをONにする。これにより、ステアリングバイワイヤ動作を継続する。
【００６５】
次に、効果を説明する。
【００６６】
この第２実施例の操舵制御装置では、第１実施例及び第２実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００６７】
(6) 操舵角を検出するセンサとして、操舵角センサ８と操舵角センサＡ９ａと操舵角センサＢ９ｂにより三重系を構成し、また、転舵角を検出するセンサとして、転舵角センサ１０ａとピニオン角センサ１０ｂとラックストロークセンサ１１により三重系を構成しているため、三重系のセンサのどれか１つが故障した場合、３つのセンサの多数決を採ることによりどのセンサが故障したかを判断することができる。
【００６８】
(7) 転舵アクチュエータとして、転舵アクチュエータＡ１７ａと転舵アクチュエータＢ１７ｂにより二重系を構成し、反力アクチュエータとして、反力アクチュエータＡ１８ａと反力アクチュエータＢ１８ｂにより二重系を構成しているため、２つのアクチュエータのうち一方が故障であると判定されても、残りのアクチュエータを用いてステアリングバイワイヤ動作を継続することができる。
【００６９】
（他の実施例）
以上、本発明の操舵制御装置を第１実施例乃至第３実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００７０】
例えば、第１実施例〜第３実施例では、操舵角検出手段としてエンコーダを用いた例を示したが、ポテンショメータ等の他の手段を用いても良い。
【００７１】
第３実施例では、操舵角速度検出手段として、操舵角検出値を時間微分演算することにより操舵角速度を得る例を示したが、タコジェネレータを用いて直接、操舵角速度を得るようにしても良い。
【００７２】
第１実施例〜第３実施例では、操舵トルク検出手段として操舵トルクセンサを用いた例を示したが、反力アクチュエータのモータへの実電流値を用いて操舵トルクを推定する手段としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の操舵制御装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図である。
【図３】第１実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【図４】第１実施例の電子制御ユニットで実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】第２実施例の電子制御ユニットで実行される反力アクチュエータ故障判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】第３実施例の操舵制御装置を示す全体システム図である。
【図７】第３実施例の操舵制御装置の前輪操舵系を示す構成図である。
【図８】第３実施例の操舵制御装置の電子制御系を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ ステアリングホイール
２ 操舵入力機構
３ 前輪転舵機構（操舵輪転舵機構）
４，５ 前輪（操舵輪）
６，７ 後輪
８ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
９ 第２の操舵角センサ（操舵角検出手段）
１０ ピニオン角センサ
１１ ラックストロークセンサ
１２ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
１３ 車速センサ
１４ 横加速度センサ
１５ ヨーレートセンサ
１６ 電子制御ユニット（操舵制御手段）
１７ 転舵アクチュエータ
１８ 反力アクチュエータ
１９ 電磁クラッチ
Claims (7)
- ステアリングホイールへの操作を入力する操舵入力機構と、操舵輪を転舵する操舵輪転舵機構との間を機械的に非連結とし、
前記操舵入力機構に設けられた反力アクチュエータと、前記操舵輪転舵機構に設けられた転舵アクチュエータとを制御する操舵制御手段を設けた操舵制御装置において、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
操舵角加速度を検出する操舵角加速度検出手段と、
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、前記反力アクチュエータが故障であると判定する反力アクチュエータ故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１に記載の操舵制御装置において、
前記反力アクチュエータ故障判定手段は、操舵トルクの発生方向を監視する場合、操舵トルクの検出トルクがゼロの前後に操舵トルク発生方向を確定しない不感帯を設定した手段であることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１または請求項２に記載の操舵制御装置において、
前記操舵角検出手段は、ステアリングホイールの回転角度を検出する操舵角センサと、反力アクチュエータの回転角度を検出する第２の操舵角センサによる二重系の検出手段であることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１ないし請求項３の何れかに記載の操舵制御装置において、
前記操舵入力機構と操舵輪転舵機構との間に電磁クラッチに挿入し、
前記反力アクチュエータ故障判定手段により、反力アクチュエータが故障であると判定された場合、前記電磁クラッチを接続することを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１ないし請求項４の何れかに記載の操舵制御装置において、
操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段を設け、
前記反力アクチュエータ故障判定手段は、操舵角の中立位置からの変位方向と、操舵角速度の発生方向と、操舵角加速度の発生方向と、操舵トルクの発生方向とを監視し、操舵角の中立位置からの変位方向と操舵角速度の発生方向と操舵角加速度の発生方向が一致し、これらの方向と操舵トルクの発生方向が反対である状態が所定時間継続した場合、前記反力アクチュエータが故障であると判定する手段であることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１ないし請求項５の何れかに記載の操舵制御装置において、
前記操舵角検出手段は、ステアリングホイールの回転角度を検出する操舵角センサと、反力アクチュエータの回転角度を検出する２つの操舵角センサによる三重系の検出手段であることを特徴とする操舵制御装置。 - 請求項１ないし請求項６の何れかに記載の操舵制御装置において、
前記反力アクチュエータは、コラムシャフトに並列に２つ設けられた二重系のアクチュエータであることを特徴とする操舵制御装置。
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