JP5260100B2 - 後輪転舵制御装置の異常監視装置 - Google Patents

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本発明は、自動車等の車両に用いられる後輪転舵制御装置の異常監視装置に関し、特に、車両の挙動に応じた後輪転舵(後輪操舵角、トー角)制御をフィードバック補償式に行う後輪転舵制御装置のための異常監視装置に関する。
左右の後輪を支持する懸架装置のラテラルリンクあるいはトレーリングリンクの車体との連結部に、油圧シリンダ装置や電動式リニアアクチュエータなどの直線変位アクチュエータを設け、当該直線変位アクチュエータを伸縮駆動することにより、左右の後輪の転舵角(トー角)を個々に変化させる後輪転舵装置が知られている(例えば、特許文献1、2)。
このような後輪転舵装置の制御装置は、マイクロコンピュータを用い、車両の状態に応じて、例えば、四輪操舵のための後輪操舵角の制御目標値、加速時には後輪トーアウト状態に、制動時には後輪トーイン状態になるようなトー角制御のための後輪転舵角の制御目標値を設定し、設定された制御目標値と転舵角センサにより検出される転舵角の計測値との差である制御偏差を演算し、制御偏差が零に近づくように直線変位アクチュエータをフィードバック補償式に制御することが行われている。
特公平8−25482号公報 特開平9−30438号公報
後輪転舵制御装置、特に、マイクロコンピュータの演算処理器であるCPUの異常診断(異常監視)は、マイクロコンピュータが内蔵しているWDT(ウォッチドッグタイマ)を用いたタイマ診断、ROM固着診断、RAM固着診断など、CPUの個別機能チェックによるCPU診断が一般的である。
このようなCPU診断は、マイクロコンピュータの仕様が複雑になり、ソフトウェアの処理負担、メモリ使用量の増加等を招き、後輪転舵制御の性能を低下させる原因になる。
本発明が解決しようとする課題は、後輪転舵制御装置の異常監視を、後輪転舵制御に影響を与えることなく、後輪転舵の制御性能を低下させることなく適切に行うことである。
本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置は、車両の状態に応じて後輪転舵角の制御目標値を演算設定する制御目標値演算手段と、前記制御目標値と後輪の転舵角の計測値との差である制御偏差を演算する手段とを有し、前記制御偏差が零に近づくように前記後輪の転舵角を制御する後輪転舵制御装置の異常監視装置であって、正常制御下での後輪転舵の最大転舵角を設定され、前記制御目標値が前記最大転舵角を超えたか否か、あるいは前記転舵角の計測値が前記最大転舵角を超えたか否かの少なくとも何れか一方を監視し、前記制御目標値あるいは前記転舵角が前記最大転舵角を超えた場合には制御系異常である判定を出力する。
本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置は、好ましくは、前記最大転舵角は、四輪操舵時の後輪操舵角、後輪トー角制御時のトーイン角、トーアウト角の各々について車速に応じて変化する最大値に設定されている。
本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置は、好ましくは、上述の異常監視装置は、後輪転舵制御のための演算処理手段とは別の演算処理手段により構成されている。
本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置は、後輪転舵角の制御目標値が正常制御下での後輪転舵の最大転舵角を超えたか否か、あるいは後輪転舵角の計測値が正常制御下での最大転舵角を超えたか否かの少なくとも何れか一方を監視し、制御目標値あるいは転舵角が最大転舵角を超えた場合には制御系異常である判定するものであり、後輪転舵制御装置より制御目標値、後輪転舵角の計測値に関する情報を受け取るだけで、後輪転舵制御装置の異常監視を、後輪転舵制御装置による後輪転舵制御とは全くの別の処理ルーチンで行うことができる。これにより、後輪転舵制御装置の異常監視を、後輪転舵制御装置の演算処理手段(CPU)とは別の演算処理手段により行うことができる。
以下に、本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置の一つの実施形態を、図1〜図5を参照して説明する。
まず、本発明による後輪転舵装置が適用される四輪自動車を、図1を参照して説明する。
本実施形態の四輪自動車1は、左右の前輪4L、4Rと、左右の後輪6L、6Rとを有する。前輪4L、4Rは、各々、タイヤ3L、3Rを装着され、左右のフロントサスペンション7L、7Rによって車体2により懸架され、ナックル9L、9Rによって車体2に対して転向自在に取り付けられている。後輪6L、6は、各々、タイヤ5L、5Rを装着され、左右のリヤサスペンション8L、8Rによって車体2により懸架され、ナックル21L、21Rによって車体2に対して転向自在に取り付けられている。
四輪自動車1は、ステアリングホイール11の操舵によって左右の前輪4L、4Rを直接的に転舵操作する前輪操舵装置10を備えている。前輪操舵装置10は、ステアリングホイール11にステアリングシャフト12を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン13と、ピニオン13に噛合する歯部を有して車幅向きに往復動可能に設けられたラック軸14とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備えている。ラック軸14の両端はタイロッド15によって左右のナックル9L、9Rに連結されている。左右の前輪4L、4Rは、ステアリングホイール11の回転操作によってラック軸14が車幅向きに移動することにより、転舵(転向)される。
ステアリングシャフト12には前輪4L、4Rの実操舵角に相当するステアリングホイール11の操舵角を検出する操舵角センサ51が設けられている。以降、操舵角センサ51は、前輪実操舵角を示すセンサ信号を出力するものとする。
四輪自動車1は、一端を車体2に連結され、他端を左側の後輪6Lのナックル21Lに連結された左側のリニアアクチュエータ40Lと、一端を車体2に連結され、他端を右側の後輪6Rのナックル21Rに連結された右側のリニアアクチュエータ40Rとを有する。左右のリニアアクチュエータ40L、40Rは、電動式のものであり、リニア動作により伸縮し、左右の後輪6L、6Rの転舵角を個別に独立して変化させる。
左右のリニアアクチュエータ40L、40Rは、後輪操舵制御装置(ECU)100によって制御される。後輪操舵制御装置100は、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、操舵角センサ51より前輪実操舵角(計測値)を示すセンサ信号を、四輪自動車1の車速を検出する車速センサ52より車速を示すセンサ信号を、車体2のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ53より車体2のヨーレイトを示すセンサ信号等を、各々入力し、これらセンサ信号を用い、予め設定された後輪転舵制御則(四輪操舵のための後輪舵角制御則、後輪トー角制御則)に従って、左右後輪の転舵角制御目標値を演算する。
後輪操舵制御装置100は、転舵角制御目標値をリニアアクチュエータ40L、40Rの制御目標ストローク量に換算し、リニアアクチュエータ40L、40Rに設けられているストロークセンサ55L、55Rよりリニアアクチュエータ40L、40Rの実ストローク量を示すセンサ信号を入力し、制御目標ストローク量と実ストローク量との差である制御偏差がゼロに近づくように、リニアアクチュエータ40L、40Rの各々に制御信号を出力する。
これにより、左右の後輪6L、6Rの転舵角が目標後輪転舵角(後輪舵角制御目標値)になるようにフィードバック補償制御が行われる。
上述したように、本実施形態では、リニアアクチュエータ40L、40Rのストローク量をもって後輪転舵のフィードバック補償制御を行っている。リニアアクチュエータ40L、40Rのストローク量は、後輪6L、6Rの実転舵角と実質的に1対1の関係にあり、後輪6L、6Rの転舵角を代表する物理量を検出する転舵角検出手段として、リニアアクチュエータ40L、40Rのストローク量を検出するストロークセンサ55L、55Rが用いられている。
上述したように構成された四輪自動車1によれば、四輪操舵の場合には、左右のリニアアクチュエータ40L、40Rの一方を伸ばして他方を縮めることにより、左右両後輪6L、6Rを左右に操舵することができる。また、左右のリニアアクチュエータ40L、40Rを同時に相互に対称的に変位させることにより、左右両後輪6L、6Rのトーイン/トーアウトを適宜な条件の下に自由に制御することができる。例えば、四輪自動車1は、各種センサによって把握される車両の運動状態に基づき、加速時には後輪6L、6Rをトーアウトに、制動時には後輪6L、6Rをトーインに変化させ、また高速旋回走行時には後輪6L、6Rを前輪舵角と同相に、低速旋回走行時には後輪6L、6Rを前輪舵角と逆相に転舵制御して操縦性を高めるべく後輪転舵制御を行うことができる。
次に、図を参照して後輪操舵制御装置100の詳細を説明する。後輪操舵制御装置100は、入力インタフェース101と、後輪転舵制御のための演算処理を行う後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102と、ドライブ回路103と、輪転舵制御用マイクロコンピュータ102の異常監視のための演算処理を行う異常監視用マイクロコンピュータ104とを有する。
入力インタフェース101は、操舵角センサ51、車速センサ52、ヨーレイトセンサ53、左右のストロークセンサ55L、55Rの各々よりセンサ信号を入力する。
後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102は、CPU(メインCPU)105と、ROM106と、RAM107とを有し、ソウトウェア処理により、後輪転舵角の制御目標値演算部108と、制御偏差演算部109を具現化する。
目標値演算部108は、入力したセンサ信号(操舵角、車速、ヨーレイト等を応じて、予め設定された四輪操舵制御および後輪トー角制御のための後輪舵角制御則に従って、左右の後輪6L、6Rの転舵角制御目標値を演算する。
四輪操舵制御のための後輪舵角と、後輪トー角制御のためのトーイン角、トーアウト角は、その各々について、図4、図5に示されているように、車速に応じた最大値(制御マップ)を設定されており、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102や各センサが正常に動作していれば、制御目標値演算部108が生成する制御目標値は、車速に応じて設定されている最大値を超えることがない。このことにより、制御目標値演算部108が生成する制御目標値が車速に応じて設定されている最大値を超えた値になると、メインCPU105の暴走等、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102あるいはストロークセンサ55L、55R等のセンサが異常であると云える。
制御目標値演算部108は、リニアアクチュエータ40L、40Rのストローク量(制御量)によるフィードバック補償制御のために、転舵角制御目標値を制御目標ストローク量(操作量)に変換し、制御偏差演算部109に渡す。
制御偏差演算部109は、左右のストロークセンサ55L、55Rによって検出された左右のリニアアクチュエータ40L、40Rの実ストローク量(計測値)と左右の制御目標ストローク量との差演算により左右の後輪6L、6R毎の制御偏差を演算する。
メインCPU105は、制御偏差演算部109よりの左右のリニアアクチュエータ40L、40R毎の制御偏差を各々モータ動作指令量としてドライブ回路103に出力する。
ドライブ回路103は、デュティ比制御により、左右の後輪6L、6R毎の制御偏差に基づいて左右のリニアアクチュエータ40L、40RのDCモータ45に与える電流を生成し、DCモータ45に対する電流供給を行う。このようにして、後輪転舵のフィードバック補償制御が行われる。
異常監視用マイクロコンピュータ104は、CPU(サブCPU)110と、ROM1111と、RAM112とを有し、ソウトウェア処理により、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102の異常監視を行う監視部113を具現化する。
次に、異常監視用マイクロコンピュータ104の監視部113の詳細を、図3を参照して説明する。
監視部113は、3個の比較演算部121、122、123と、車速対応の最大後輪操舵角生成部127と、車速対応の最大後輪トーイン角生成部135と、車速対応の最大後輪トーアウト角生成部136とを有する。
監視部113は、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102より左右の後輪6L、6Rの転舵角制御目標値δrL、δrRを入力部124に入力する。
入力部124に入力された転舵角制御目標値δrL、δrRは、各々、絶対値変換部125、126によって正負符号がない絶対値に変換され、比較演算部121、122に入力される。
最大後輪操舵角生成部127は、車速センサ52より車速を示すセンサ信号を入力し、車速対応の最大後輪操舵角を生成するものである。最大後輪操舵角生成部127が生成する最大後輪操舵角とオフセット値生成部128が生成する後輪操舵のオフセット値とが加算演算部129で加算されることで、正常制御下の最大後輪操舵角δrsmaxが設定される。この正常制御下の最大後輪操舵角δrsmaxは、図4に示されている四輪操舵制御のための後輪操舵角の車速対応最大値(制御マップ)に、誤フェール回避用の余裕値(マージン)を足したものである。
比較演算部121は、転舵角制御目標値δrLの絶対値と、比較基準値である最大後輪操舵角δrsmaxとを比較し、転舵角制御目標値δrLの絶対値が最大後輪操舵角δrsmaxを超えていれば、異常であると判定し、出力信号をローレベルよりハイレベルに変更する。
比較演算部122は、転舵角制御目標値δrRの絶対値と、比較基準値である最大後輪操舵角δrsmaxとを比較し、転舵角制御目標値δrRの絶対値が最大後輪操舵角δrsmaxを超えていれば、異常であると判定し、出力信号をローレベルよりハイレベルに変更する。
比較演算部121、122の出力信号は、各々、カウンタ130、131に入力される。カウンタ130、131は、比較演算部121、122の出力信号のハイレベル状態が時間設定部140により設定される所定時間に亘って継続すれば、異常判定フラグをORゲート150へ出力する。
また、入力部124に入力された転舵角制御目標値δrL、δrRは、減算演算部132によって(δrL)−(δrR)の減算が行われ、その後、絶対値変換部133によって正負符号がない絶対値に変換され、比較演算部123に入力される。
左右対称同一量のトー角制御において、トーインの場合には左右の後輪6L、6Rの転舵角は双方ともマイナス符号で、トーアウトの場合には左右の後輪6L、6Rの転舵角は双方ともプラス符号になるから、(δrL)−(δrR)は、トーイン、トーアウトの何れの場合も、符号は異なるが、左右片輪のトー角の2倍の値になる。
減算演算部132の出力信号は、セレクタ134にも入力される。セレクタ134は、減算演算部132の出力信号がマイナス符号の値を示すものである場合には、トーイン制御が行われている判断して最大後輪トーイン角生成部135を選択し、これに対し、減算演算部132の出力信号がプラス符号の値を示すものである場合には、トーアウト制御が行われている判断して最大後輪トーアウト角生成部136を選択する。
最大後輪トーイン角生成部135は車速センサ52より車速を示すセンサ信号を入力し、車速対応の最大後輪トーイン角を生成するものである。最大後輪トーイン角生成部135が生成する最大後輪トーイン角とオフセット値生成部137が生成する後輪トー角のオフセット値とが加算演算部138で加算されることで、正常制御下の最大トーイン角δrtimaxが設定される。この正常制御下の最大トーイン角δrtimaxは、図5に示されている四輪操舵制御のための後輪トーイン角の車速対応最大値(制御マップ)に、誤フェール回避用の余裕値(マージン)を足したものである。
最大後輪トーアウト角生成部136は車速センサ52より車速を示すセンサ信号を入力し、車速対応の最大後輪トーアウト角を生成するものである。最大後輪トーアウト角生成部136が生成する最大後輪トーイン角とオフセット値生成部137が生成する後輪トー角のオフセット値とが加算演算部138で加算されることで、正常制御下の最大トーアウト角δrtomaxが設定される。この正常制御下の最大トーイン角δrtimaxは、図5に示されている四輪操舵制御のための後輪トーアウト角の車速対応最大値(制御マップ)に、誤フェール回避用の余裕値(マージン)を足したものである。
比較演算部123は、トーイン時には、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値と、比較基準値である最大トーイン角δrtimaxとを比較し、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値が最大トーイン角δrtimaxを超えていれば、異常であると判定し、出力信号をローレベルよりハイレベルに変更する。
比較演算部123は、トーアウト時には、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値と、比較基準値である最大トーアウト角δrtomaxとを比較し、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値が最大トーアウト角δrtomaxを超えていれば、異常であると判定し、出力信号をローレベルよりハイレベルに変更する。
比較演算部123の出力信号は、カウンタ139に入力される。カウンタ139は、比較演算部123の出力信号のハイレベル状態が時間設定部141により設定される所定時間に亘って継続すれば、異常判定フラグをORゲート150へ出力する。
これにより、転舵角制御目標値δrRの絶対値が最大後輪操舵角δrsmaxを超えている状態が所定時間に亘って継続、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値が最大トーイン角δrtimaxを超えている状態が所定時間に亘って継続、転舵角制御目標値(δrL)−(δrR)の絶対値が最大トーアウト角δrtomaxを超えている状態が所定時間に亘って継続の何れか一つでもが成立すると、異常判定フラグの出力が行われる。
上述したように、後輪転舵角の制御目標値が正常制御下での後輪転舵の最大転舵角(最大後輪操舵角、最大トーイン角、あるいは最大トーアウト角)を超えたか否かを監視し、制御目標値が最大転舵角を超えた場合には、制御系異常である判定するから、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102より制御目標値に関する情報を受け取るだけで、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102の異常監視を、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102による後輪転舵制御とは全くの別の処理ルーチンで行うことができる。
これにより、後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102の異常監視を後輪転舵制御用マイクロコンピュータ102のCPU105とは別の演算処理手段、つまり、異常監視用マイクロコンピュータ104のCPU110により行うことができる。
次に、異常監視用マイクロコンピュータ104の監視部113の他の実施の形態の詳細を、図6を参照して説明する。なお、図6において、図3に対応する部分は、図3に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
本実施形態では、入力部124に入力された転舵角制御目標値δr*L、δr*Rは、加算演算部142によって(δr*L)+(δr*R)の加算が行われ、その後、絶対値変換部143によって正負符号がない絶対値に変換され、比較演算部144に入力される。
比較演算部144は、転舵角制御目標値(δrL)+(δrR)の絶対値と、前述の最大後輪操舵角δrsmaxを乗算演算部145によって2倍にして得られる比較基準値とを比較し、転舵角制御目標値δrLの絶対値が最大後輪操舵角δrsmaxの2倍値を超えていれば、異常であると判定し、出力信号をローレベルよりハイレベルに変更する。
比較演算部144の出力信号は、カウンタ146に入力される。カウンタ146は、比較演算部144の出力信号のハイレベル状態が時間設定部147により設定される所定時間に亘って継続すれば、異常判定フラグをORゲート150へ出力する。
これにより、本実施形態でも、上述の実施形態と同様の効果が得られ、しかも、上述の実施形態に比して比較演算処理個数を一つ削減することができる。
上述の何れの実施形態の後輪転舵制御装置の異常監視装置でも、CPU105、110を、各プロセッサコアー毎にキャシュメモリを有するデュアルコアーCPUによってワンチップで実現することもできる。
また、本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置は、後輪転舵角の制御目標値に代えて、後輪転舵角の計測値、あるいはストロークセンサ55L、55Rによる計測値等、後輪転舵角と相関性がある物理量の計測値が正常制御下での最大転舵角を超えたか否かを上述の実施形態と同様に監視することによって、実施可能である。
本発明による後輪転舵制御装置の異常監視装置が適用される四輪自動車の一つの実施形態を示す全体構成図である。 本発明による異常監視装置付きの後輪転舵制御装置の一つの実施形態を示すブロック図である。 本発明による異常監視装置の一つの実施形態の詳細を示すブロック図である。 四輪操舵制御のための後輪舵角の車速対応最大値の制御マップを示すグラフである。 トー角制御のためのトーイン角とトーアウト角の車速対応最大値の制御マップを示すグラフである。 本発明による異常監視装置の他の実施形態の詳細を示すブロック図である。
符号の説明
4L、4R 前輪
6L、6R 後輪
40L、40R リニアアクチュエータ
51 操舵角センサ
52 車速センサ
53 ヨーレイトセンサ
54 横加速度センサ
55L、55R ストロークセンサ
100 後輪操舵制御装置
102 後輪転舵制御用マイクロコンピュータ
104 異常監視用マイクロコンピュータ
105 メインCPU
108 制御目標値演算部
109 制御偏差演算部
110 サブCPU
113 監視部

Claims (4)

  1. 車両の状態に応じて後輪転舵角の制御目標値を演算設定する制御目標値演算手段と、前記制御目標値と後輪の転舵角の計測値との差である制御偏差を演算する制御偏差を演算手段とを有し、前記制御偏差が零に近づくように前記後輪の転舵角を制御する車両の後輪転舵制御装置の異常監視装置であって、
    後輪トー角制御時の正常制御下での最大トーイン角を生成する最大後輪トーイン角生成部および最大トーアウト角を生成する最大後輪トーアウト角生成部と、
    左後輪の転舵角の制御目標値あるいは計測値と右後輪の転舵角の制御目標値あるいは計測値との減算を行う減算演算部と、
    前記減算演算部による減算値の正負によってトーイン制御が行われているかトーアウト制御が行われているかを判定し、その判定結果に基づいて前記最大後輪トーイン角生成部が生成する最大後輪トーイン角あるいは前記最大後輪トーアウト角生成部が生成する最大後輪トーアウト角の何れかを選択するセレクト部と、
    前記セレクト部によって選択された最大後輪トーイン角あるいは最大後輪トーアウト角と記減算演算部による減算の絶対値とを比較し、当該絶対値が前記最大後輪トーイン角あるいは前記最大後輪トーアウト角を超えた場合には制御系異常であると判定する比較演算部と、
    有する異常監視装置。
  2. 後輪操舵制御時の正常制御下での最大操舵角を生成する最大後輪操舵角生成部と、
    左後輪の転舵角の制御目標値あるいは計測値と右後輪の転舵角の制御目標値あるいは計測値との加算を行う加算演算部と、
    前記最大後輪操舵角生成部が生成する前記最大操舵角の2倍値と前記加算演算部による加算の絶対値とを比較し、当該絶対値が前記最大後輪トーイン角あるいは前記最大後輪トーアウト角の2倍値を超えた場合には制御系異常であると判定する比較演算部と、
    有する請求項1に記載の異常監視装置。
  3. 前記最大転舵角は、四輪操舵時の後輪操舵角、後輪トー角制御時のトーイン角、トーアウト角の各々について車速に応じて変化する最大値に設定されている請求項に記載の異常監視装置。
  4. 請求項1から3の何れか一項に記載の異常監視装置は、後輪転舵制御のための演算処理手段とは別の演算処理手段により構成されている異常監視装置。
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