JP4504121B2

JP4504121B2 - 車両の操舵装置

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Publication number: JP4504121B2
Application number: JP2004196786A
Authority: JP
Inventors: 伸夫杉谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-07-02
Also published as: JP2006015911A

Description

本発明は、車両の操舵装置に関し、特に、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）技術を用いた車両の操舵装置に関するものである。

ＳＢＷ技術を用いた車両の操舵装置においては、運転者が操作するハンドルなどの操作子とタイヤを実際に転舵する転舵機構が機械的に接続されていない。そのため、操作子による転舵機構の制御は、操作量検知装置やタイヤ角検知装置などの各センサからの検出値に基づいた制御装置による制御量の演算とその演算結果に基づく転舵機構に備えられたタイヤを転舵する操舵モータの制御にすべて依存している。このような操舵装置において転舵モータの制御に携わるセンサ類の故障診断などは制御装置で故障診断可能である。しかし、制御装置の異常に関しては通常制御を行う制御装置とは別に新たな制御装置を設けて相互監視などを行うのが通常であった。したがって、操舵装置の信頼性は２つの制御装置の健全性にすべて依存しており、制御装置の異常時には操舵機能が失われてしまう可能性があった。

しかしながら、２つの制御装置での相互監視を行う場合において、例えば通常制御を行う主制御装置と監視を行う副制御装置の間において正確な相互監視を行うためには副制御装置が主制御装置と同等の制御演算を行う必要がある。そのため、２つの制御装置での演算結果を相互比較するなど監視のための副制御装置であっても、主制御装置と同等の演算能力のあるものが必要であった。

また、相互監視の手法として主制御装置と副制御装置の間で信号のやりとりを行い、その信号異常で故障検知を行う手法もある。しかし、その故障検知が制御装置内部の異常と必ずしも一致しない場合があり、機能から考えた十分信頼性のある故障検知とはいえないのが実情であった。さらには、制御装置の異常によらず、開発段階では想定できないような事象が生じた場合もある可能性があり、仮に故障部位が特定できないような異常の場合でも運転者に対して故障を知らせる装置があれば操舵装置の異常な状況に対しても十分有効な安全策を講じることができる。
特開平１０−２１７９９９号公報

本発明の課題は、制御装置の異常だけでなく、開発段階では想定できないような故障が生じた場合、仮に故障部位が特定できない場合でも運転者に対して故障を知らせることができ、操舵装置が故障した状況に対して十分有効な安全策を講じることができるようにすることにある。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、十分信頼性のある故障検知を行うことができる車両の操舵装置を提供することにある。

本発明に係る車両の操舵装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

本発明の車両の操舵装置は、運転者が操作を行う操作子と、前記操作子とは機械的に分離されており、タイヤの角度を変更する転舵機構と、前記操作子の操作に応じて、前記転舵機構の制御を行う制御装置と、前記操作子の操作量を検知する操作量検知手段と、車両の運動状態量を検知する運動状態量検知手段と、前記操作量と前記運動状態量に基づいて故障を判定する故障判定手段と、を備え、前記故障判定手段は、前記操作量と前記運動状態量とを座標軸とする空間に設定される複数の領域において、前記操作量検知手段により検知される操作量と、前記運動状態量検知手段により検知される運動状態量とを座標成分とする座標点が、前記複数の領域の一つから他の領域へ移動する場合に、移動前の領域と移動後の領域との組み合わせに基づき前記故障を判定することで特徴づけられる。

本発明によれば、たとえ制御装置が何らかの原因で異常をきたし制御装置自身での操舵装置のシステム停止ができずに異常な制御指示を行ったとしても、第３者演算装置である故障判定手段が、操舵角と車両の運動状態量を監視して故障診断を行うため、制御演算の内容に関わらず車両の操舵装置に異常が発生したとき故障判定を行い安全処置を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る車両の操舵装置の模式的な装置構成を示した図である。操舵装置は、ステア・バイ・ワイヤ（ＳＢＷ）方式のものである。

操舵装置１０は、ＳＢＷ方式であり、ハンドル（操作子）１１と前輪（前側タイヤ）１２との間には機械的な連結構造は設けられていない。ハンドル１１において運転者が操作した回転角すなわち操舵角（操作量）は、電子的な制御システムに基づいて前輪１２でその舵角を発生させるように構成されている。ハンドル１１は、タイヤ角を決定し指示するための目標タイヤ角入力部としての機能を有する。こうして、運転者がハンドル１１を回転すると、その回転角すなわち操舵角によって目標タイヤ角が入力される。

操舵装置１０において、ハンドル１１の操舵軸１３には、操舵角検出部（操作量検知部）１４と、操舵反力発生モータ１５が付設される。

運転者は目標タイヤ角を入力するためにハンドル１１を操作する。操舵角検出部１４により操作されたハンドル１１の操舵角（θ）を検出し、検出された操舵角を基に後述するようにタイヤ角を決定する。具体的な構成として、操舵角検出部１４は、ロータリエンコーダ等を用いて操舵軸１３の回転量を計測しハンドル１１の操舵角を検出する。

操舵反力発生モータ１５は、操舵軸１３およびハンドル１１を介して運転者に反力を与えるためのものである。ハンドル１１は、前述の通り機械的な構造として前輪１２に連結されていないので、ハンドル操作時に運転者の操舵フィーリングとして反力を与えることが必要となる。

操舵角検出部１４から出力される検出信号は、操舵角に係る信号ＳＧ１（以下「操舵角信号ＳＧ１」という）として制御装置（ＥＣＵ）１６に入力される。また操舵反力発生モータ１５を駆動させる駆動信号は制御装置１６から与えられる。操舵反力発生モータ１５が発生する操舵反力は、制御装置１６から供給される駆動信号の大きさに応じて決まる。

操舵装置１０における他の検出系としては、車速センサ１７と、タイヤ角検出部１８が設けられている。

車速センサ１７は車両の走行速度に係る信号Ｖを制御装置１６に供給する。タイヤ角検出部１８は、実際の車両のタイヤ角に係る信号ＳＧ２（以下「実タイヤ角信号ＳＧ２」という）を制御装置１６に供給する。

前輪１２を転舵させる駆動装置として転舵機構１９と舵角発生部２０が設けられている。舵角発生部２０はモータによって構成される。舵角発生部２０は、制御装置１６から出力される操舵駆動信号に基づいて前輪１２を転舵する。

上記において、制御装置１６は、操舵角信号ＳＧ１、車速信号Ｖ等を入力し、これらの入力信号に基づいて目標タイヤ角に係る信号を生成し、舵角発生部２０を駆動して前輪１２を転舵する。また制御装置１６は、タイヤ角検出部１８によって検出される車両の実際のタイヤ角が目標タイヤ角に一致するようにフィードバック制御を行い、目標タイヤ角とタイヤ角検出部によって検出される実際のタイヤ角に基づいて操舵反力発生モータ１５を介してハンドル１１に操舵反力を与える。

図２は、前述の制御装置１６のブロック構成図である。制御装置１６は、目標タイヤ角設定部２１と、制御部２２と、操舵反力設定部２３と減算部２４と故障判定部２５を備えている。また、故障判定部２５には、故障表示部２６が接続されている。

目標タイヤ角設定部２１は車速センサ１７から出力される車速信号Ｖと操舵角検出部１４から出力される操舵角信号ＳＧ１に基づいて目標タイヤ角信号ＳＧ１１を生成する。目標タイヤ角信号ＳＧ１１は、操舵装置１０による操舵駆動量を決める信号である。目標タイヤ角信号ＳＧ１１は、減算部２４、および制御部２２を経由して舵角発生部２０のモータ２０ａの側に送られる。目標タイヤ角信号ＳＧ１１は、制御部２２によって舵角発生部２０のモータ駆動電流に変換され、そのモータ２０ａに舵角動作を行わせる。

減算部２４では、目標タイヤ角設定部２１から出力される目標タイヤ角信号ＳＧ１１からタイヤ角検出部１８から出力される実タイヤ角信号ＳＧ２を減算して差信号ＳＧ１２が得られる。制御部２２には、減算部２４で得られた差信号ＳＧ１２が与えられる。また当該差信号ＳＧ１２は操舵反力設定部２３にも与えられる。操舵反力設定部２３は、差信号ＳＧ１２に基づいて操舵反力発生モータ１５を駆動する駆動信号ＳＧ１３を出力する。故障判定部２５は、操舵装置１０の故障と判定したときは１を、故障と判定しないときはゼロを信号として故障表示部２６に出力する。

図３は、故障判定部２５を示すブロック構成図である。故障判定部２５は、入力部３０、出力部３１、ＣＰＵ３２、記憶部３３を備えている。記憶部３３内の記憶領域３４に、図４で示すようなタイヤ角検出部から出力されるタイヤ角（ストローク）と操舵角を座標軸とする空間３５内での以下に述べる直線Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，１４それぞれの傾きと切片の値を記憶している。図４で示す空間３５は、横軸が舵角、縦軸がタイヤ角（ストローク）を示し、直線Ｌ１０が操舵角に対応するタイヤ角の理想的な関係を示すグラフである。車両の操舵角とタイヤ角の座標が直線Ｌ１１以下、直線Ｌ１２以上の範囲内では、正常と判断し、操舵角とタイヤ角の座標が直線Ｌ１１以上直線Ｌ１３以下の範囲（第１の故障領域）に連続して第１の所定時間（例えば２５０ｍｓ）以上存在するときには異常（故障）と判定し、直線Ｌ１３以上の範囲（第２の故障領域）に連続して第２の所定時間（例えば１０ｍｓ）以上存在するときは故障と判定する。また、操舵角とタイヤ角の座標が直線Ｌ１２以下直線Ｌ１４以上の範囲（第１の故障領域）に連続して第１の所定時間（例えば２５０ｍｓ）以上存在するときには異常（故障）と判定し、直線Ｌ１４以下の範囲（第２の故障領域）に連続して第２の所定時間（例えば１０ｍｓ）以上存在するときは故障と判定する。この空間によって、操舵角とタイヤ角の関係により正常、以上を判定する。故障判定部２５は、操舵角検出部１４から出力される操舵角に係る信号とタイヤ角検出部１８から出力されるタイヤ角に係る信号を入力し、各信号が上記の関係から正常であることを判断し、正常値信号、例えばゼロを故障表示部２６に出力し、空間３５に基づいて故障と判定されたときは、故障と判断し、故障信号、例えば１を故障表示部２６に出力する。ここでの第１の所定時間と第２の所定時間は、予め記憶部３３の記憶領域３６に記憶させてある。

さらに、空間３５について説明する。実際の操舵角とラックストローク（タイヤ角）との関係は図５のようである。図５において横軸は操舵角、縦軸は、タイヤ角（ラックストローク）を示す。また、曲線Ｃ１０は、実際の車両での操舵角とタイヤ角の座標の変化を示す。例えば、制御装置１６に異常が発生して操舵角とタイヤ角の関係が図４の空間で矢印３７で示す軌道を描く場合、まずは操舵角とタイヤ角の座標が図４の直線Ｌ１１以上直線Ｌ１３以下の領域に入る。この領域は本来の操舵角とタイヤ角（ラックストローク）の関係からは生じ得ない領域ではあるが、過渡的な状態（たとえば操舵装置による操舵遅れなど）によって一時的に通過する可能性のある領域である。しかしながら、この領域で連続長時間存在し続けるのは本来ありえないところであるので、その設定した第１の所定時間（２５０ｍｓ）を超えて存在した場合は故障判断として安全処置を講じる。

また、もっと大きな挙動を生じるような異常が発生した場合は、この領域を超えて直線Ｌ１３以上あるいは直線Ｌ１４以下の領域に入る。この領域は連続・過渡にかかわらず本来舵角とラックストローク（タイヤ角）の関係が存在しない領域であり、存在した場合操舵装置として車両に大きな挙動異常を生じさせてしまう可能性のある領域でもある。そこでこの領域に入る場合は非常に短い時間の第２の所定時間で故障判定を行うものとする。これらの故障判定は、それぞれの領域に存在する時間で判断する。

故障表示部２６は、操舵装置１０が故障かどうかを表示する装置であり、例えば、故障判定部２５からの入力信号に基づいて点滅する発光ダイオードなどを設けたものである。その発光ダイオードは、故障判定部２５からの信号がゼロのときには、点灯しない状態を保ち、故障判定部２５からの入力が１のとき、点灯するようにすれば良い。それにより、発光ダイオードが点灯したとき、操舵装置が故障と判断することができる。

次に本実施形態の故障判定部での処理を図６のフローチャートを用いて説明する。入力された操舵角θと空間での直線Ｌ１０の傾きｋの積を計算しｌ１とする（ステップＳ１１）。入力されたタイヤ角ｌとｌ１の差の絶対値を計算し、その値が所定の値Ａ（例えば５°）より小さいか判断する（ステップＳ１２）。その値が小さいときは、カウンタＬ，Ｈをゼロにしてリターンする（ステップＳ１３）。その値が小さくないとき、所定値Ｂ（例えば３５°）より大きいかどうか判断する（ステップＳ１４）。大きいとき、カウンタＨに１を加算する（ステップＳ１５）。大きくないときカウンタＬに１を加算する（ステップＳ１６）。次に、カウンタＨが第２の所定時間Ｔ２よりか大きいかどうか判断する（ステップＳ１７）。大きいとき、異常信号を出力する（ステップＳ１８）。そして、故障表示部の発光ダイオードが点灯する。大きくないとき第１の所定時間Ｔ１より大きいかどうか判断する（ステップＳＴ１９）。大きいとき、異常信号を出力する。大きくないときリターンする。

これにより、操舵装置１０が故障したとき、故障を運転者に知らせることができ、安全に容易に対処を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る操舵装置を説明する。第２の実施形態では、図７で示すように図１で示した操舵装置１０において、車両の運動状態量としてヨーレートを用い車両の運動状態量検知装置としてのヨーレートセンサ４１からの信号を制御装置４２に入力し、ヨーレートと操舵角に基づいて故障判定を行う方法を用いる装置である。第１実施形態と同様の構成要件は同一の符号を付し説明を省略する。また、制御装置４２は、制御装置１６を、次に述べるように一部変更したものである。

図８で示すように制御装置４２は、目標タイヤ角設定部２１と、制御部２２と、操舵反力設定部２３と減算部２４と故障判定部４３を備えている。また、故障判定部４３には、故障表示部２６が接続されている。

上記において、第１実施形態と同様の構成要素は同一の符号を付し説明を省略する。

また、ヨーレートセンサ４１は、車両のヨーレートを検出し、その信号を故障検知部４３に出力する。

図９は、故障判定部を示すブロック構成図である。故障判定部４３は、入力部４４、出力部４５、ＣＰＵ４６、記憶部４７を備えている。記憶部４７内の記憶領域４８に、図１０で示すようなヨーレートセンサから出力されるヨーレートと操舵角を座標軸とする空間４９を記憶している。

空間４９を説明する。図１１は車両の操舵角とヨーレートの関係を示す図である。横軸は操舵角、縦軸はヨーレートを示す。図１１の直線Ｌ２０は、通常の操舵において、一般的に成り立つ操舵角とヨーレートの関係である。通常の車両の操舵を行っているとき、操舵角とヨーレートを座標成分とする座標からなる点は直線２０上をトレースする。しかし、スキッド（横滑り）などによって車両の挙動が乱れるような場合、特にアクティブ制御などがあるときは、操舵角とヨーレートを座標とする点は図１１の矢印２１で示すように反時計回りに移動して変化する。また、矢印Ｌ２２とＬ２３は、カウンタステアのときの操舵角とヨーレートを座標とする点の移動方向を示す。このような、操舵角とヨーレートの関係は、ヨーレートの発生が必ず操舵角によって発生することによっており、仮に他の外因でヨーレートが発生してもそれが永続的に続かない限り図１１のＬ２０の関係に戻る。しかしながら、操舵装置に異常が発生した場合は、矢印Ｌ２４，Ｌ２５で示すような操舵角とヨーレートを座標とする点の移動を生じる。従って、本発明では、操舵角とヨーレートを座標とする点がＬ２４，Ｌ２５で示すような移動をするようになったとき、操舵装置の故障と判定するようにしている。

そこで、故障判定部に図１０で示す空間４９を設定する。この空間４９では、横軸に操舵角をとり、縦軸にヨーレートをとる。そして、このマップ４９では、クリア領域Ｓと領域１，２，３，４と領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの９種の領域に分割している。この空間４９において検出される操舵角とヨーレートを座標成分とする座標の点が各領域を反時計回りに移動するときは正常な状態と判定する。そこで故障判定論理を、図１２で示す操舵角とヨーレートの関係によって定める。図１２において、欄Ｒ１０は移動前の操舵角とヨーレートを座標とする点が存在する領域を示し、欄Ｒ１１は、移動後の操舵角とヨーレートを座標とする点が存在する領域を示す。また、欄中、丸印は、正常判定を示し、２５０ｍｓ禁止と１０ｍｓ禁止という記載は、故障判定を示す。例えば、移動前に操舵角とヨーレートを座標とする点が領域２に存在し、移動後の操舵角とヨーレートを座標とする点が存在する領域が領域１のときには、正常と判定する。また、移動前に領域１に存在し、移動後に領域４のときには故障と判定する。これによれば、基本的にヨーレートの符号反転を伴う反時計回りの領域移動とそのときの移動する領域によって故障判定を行う。この故障判定論理表は故障判定部４３の記憶部４７の記憶領域４９に記憶している。

故障判定部４３は、操舵角検出部から出力される操舵角に係る信号とヨーレートセンサから出力されるヨーレートに係る信号を入力し、記憶部４７に記憶された空間４９と故障判定論理表に基づいて各信号が上記の関係から正常であることを判断したとき、正常値信号、例えばゼロを故障表示部２６に出力し、故障と判定されたときは、故障と判断し、故障信号、例えば１を故障表示部２６に出力する。

次に故障判定部での処理について図１３と図１４のフローチャートにより説明する。まず、操舵角とヨーレートに係る信号を入力し、入力値に基づいて操舵角とヨーレートを座標軸とする空間での領域を決定する（ステップＳ２１）。その領域がクリア領域かどうか判断する（ステップＳ２２）。

もし、その領域がクリア領域ならば、ｆにゼロを代入し、カウンタをゼロとする（ステップＳ２３）。クリア領域ではないとき、その領域が２あるいはＢかどうか判断する（ステップＳ２４）。もし領域が２あるいはＢであるならば、前回の領域がＣあるいは３かどうか判断する（ステップＳ２５）。前回の操舵角とヨーレートを座標とする点の存在した領域がＣあるいは３ではないならば、ｆ＝１かどうか判断する（ステップＳ２６）。ｆ＝１ではないならば、ステップＳ２３を実行する。ｆ＝１ならば、ステップＳ２８を実行する。ステップＳ２５で前回の操舵角とヨーレートを座標とする点の存在した領域がＣあるいは３であるならば、ｆに１を代入し、カウンタに１を加算する（ステップＳ２７）。次に領域が２かどうか判断する（ステップＳ２８）。もし、領域が２であるならば、カウンタが所定の値Ｔ４より大きいかどうか判断する（ステップＳ２９）。カウンタがＴ４より大きくないならば、リターンする。カウンタがＴ４より大きいならば、故障信号１を出力する（ステップ３０）。もし、ステップ２８で領域が２ではないならば、カウンタが所定値Ｔ３より大きいかどうか判断する（ステップＳ３１）。もしＴ３より大きいならば、ステップＳ３０で故障信号１を出力する。もし、カウンタが所定値Ｔ３より大きくなければ、リターンする。ステップＳ２４で領域が２あるいはＢではないならば、領域４かＤか判断する（図１４のステップＳ３２）。領域が４あるいはＤであるならば、前回の操舵角とヨーレートを座標とする点の存在した領域がＡあるいは１かどうか判断する（ステップＳ３３）。前回の操舵角とヨーレートを座標とする点の存在した領域がＡあるいは１ではないならば、ｆ＝１かどうか判断する（ステップＳ３４）。ｆ＝１ではないならば、カウンタをゼロにし、ｆにゼロを代入し、リターンする。ｆ＝１ならば、ステップＳ３７を実行する。ステップＳ３３で前回の操舵角とヨーレートを座標とする点の存在した領域がＡあるいは１であるならば、ｆに１を代入し、カウンタに１を加算する（ステップＳ３６）。次に領域が４かどうか判断する（ステップＳ３７）。もし、領域が４ならば、カウンタが所定の値Ｔ４より大きいかどうか判断する（ステップＳ３８）。カウンタがＴ４より大きくないならば、リターンする。カウンタがＴ４より大きければ、故障信号１を出力して（ステップＳ４０）、リターンする。また、ステップＳ３７で領域が４ではないならば、カウンタが所定値Ｔ３より大きいかどうか判断する（ステップＳ３９）。もし、カウンタが所定値Ｔ３より大きくないならばリターンする。また、カウンタが所定値Ｔ３より大きいならば、故障信号１を出力して（ステップＳ４０）、リターンする。

このように、操舵角とヨーレートに基づいて故障を判定し、操舵装置の故障を確実に運転者に知らせることができ、安全に容易に故障時の対処を取ることができる。

本発明は、操舵装置が故障したかどうかを判定し、運転者に知らせることができる車両の操舵装置として利用される。

本発明の第１の実施形態に係る車両の操舵装置の模式的な装置構成を示す図である。制御装置のブロック構成図である。故障判定部を示すブロック構成図である。故障判定に用いる操舵角とタイヤ角（ストローク）を座標軸とする空間を示す図である。実際の車両の操舵角とタイヤ角との関係を示すグラフである。本実施形態の作用を説明するフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る車両の操舵装置の模式的な装置構成を示す図である。制御装置のブロック構成図である。故障判定部を示すブロック構成図である。故障判定に用いる舵角とヨーレートを座標軸とする空間を示す図である。車両の操舵角とヨーレートの関係を示す図である。操舵角とヨーレートから故障を判定するときの故障判定論理を示す表である。本実施形態の作用を説明するフローチャートである。本実施形態の作用を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０操舵装置
１１ハンドル
１２前輪
１３操舵軸
１４操舵角検出部
１５操舵反力発生モータ
１６制御装置
１７車速センサ
１８タイヤ角検出部
１９転舵機構
２０舵角発生部
２１目標タイヤ角設定部
２２制御部
２３操舵反力設定部
２４減算部
２５故障判定部
２６故障表示部

Claims

運転者が操作を行う操作子と、
前記操作子とは機械的に分離されており、タイヤの角度を変更する転舵機構と、
前記操作子の操作に応じて、前記転舵機構の制御を行う制御装置と、
前記操作子の操作量を検知する操作量検知手段と、
車両の運動状態量を検知する運動状態量検知手段と、
前記操作量と前記運動状態量に基づいて故障を判定する故障判定手段と、を備え、
前記故障判定手段は、
前記操作量と前記運動状態量とを座標軸とする空間に設定される複数の領域において、前記操作量検知手段により検知される操作量と、前記運動状態量検知手段により検知される運動状態量とを座標成分とする座標点が、前記複数の領域の一つから他の領域へ移動する場合に移動前の領域と移動後の領域との組み合わせに基づき前記故障を判定することを特徴とする車両の操舵装置。