JP5816019B2 - 冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置 - Google Patents
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Description
転舵用モータの故障時に、車両を近くの安全な場所に退避させたり、修理工場に走行させるときに、転舵機能は車両走行の最低限の制御として必要であるが、トー角調整機能は最低限の制御としては必要ではない。そのため、トー角調整用のモータをメインモータ故障時に転舵に利用することで、常時は使用されない予備のモータを備える必要がなく、低コストでフェールセーフ機能が得られる。
前記ステアバイワイヤ式操舵装置100が、
左右両端にタイロッド11が設けられた転舵軸10と、ステアリングホイール1と、このステアリングホイール1に操舵反力を与える反力アクチュエータ4と、前記ステアリングホイール1の操舵角をそれぞれ検出する第1および第2の操舵角センサ2A,2Bと、メインモータ6およびサブモータ7と、前記メインモータ6の回転を前記転舵軸10に伝える転舵動力伝達機構18と、前記サブモータ7の回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構30と、
前記転舵動力伝達機構18に対して前記メインモータ6を切り離しサブモータ7の回転を伝えて転舵可能とする異常時切替形態に切替可能な切替機構17とを備える。
前記制御装置5は、相互に通信し合う第1の制御装置101と第2の制御装置201とでなる。
前記第1の制御装置101は、前記第1の操舵角センサ2Aの検出信号を受け取って前記反力アクチュエータ4とサブモータ7を制御する基本制御機能部102を有し、
前記第2の制御装置201は、前記第2の操舵角センサ2Bの検出信号を受け取って前記メインモータ6を制御する基本制御機能部202を有する。
第1および第2の各制御装置101,201は、互いの故障を診断する相互故障診断部103,203をそれぞれ有する。第2の制御装置201は、メインモータ6の失陥を診断して第1の制御装置101へ診断結果を伝えるメインモータ失陥診断部205を有する。
第1の制御装置101は第2の制御装置201からメインモータ6が失陥であるとの診断結果を受けたとき、または前記相互故障診断部103で第2の制御装置201が故障であると診断したときに、前記切替機構17を前記異常時切替形態に切り替えさせる異常時切替指令部106を有する。
第1の制御装置101に設けられた異常時切替指令部106は、第2の制御装置201からメインモータ6が失陥であるとの診断結果を受けたとき、または前記相互故障診断部103で第2の制御装置201が故障であると診断したときに、前記切替機構17を前記異常時切替形態に切り替えさせ、サブモータ7による転舵を行わせる。メインモータ6が失陥した場合は勿論であるが、メインモータ6を制御する第2の制御装置201が故障した場合も、メインモータ6による正常な転舵は行えない。そのため、故障の発生していない第1の制御装置101で制御されるサブモータ7を転舵に用いることで、安全な転舵を行うことができる。
制御装置5として、第1の制御装置101と第2の制御装置201との2台を設けているが、第1の制御装置101は基本機能として、反力アクチュエータ4とサブモータ7を制御する機能を持ち、第2の制御装置201は基本機能としてメインモータ6を制御する機能を持つ。また、メインモータ6の失陥の診断は第2の制御装置201で行い、サブモータ7の失陥の診断は第1の制御装置101で行う。さらに、第1の制御装置101と第2の制御装置201は相互の診断機能を持つ。
このように、制御系を2系統に分け、各系統の役割を最適に分担させたため、転舵用のメインモータ6の失陥と、その制御を行う第2の制御装置201の故障に対する冗長性確保のための多重化が得られる。しかも、平常時は多重化部分を利用した、トー角制御や、第1および第2の制御装置101,201の診断等の高機能化が得られる。すなわち、冗長性確保のための多重化と、平常時の多重化部分を利用した高機能化の両立が可能となる。
操舵反力アクチュエータ4の高精度な制御のためには、センサ類を用いた閉ループ制御が必要であるが、その制御用のセンサを第1の操舵角センサ2Aとして利用することで、無駄なく2つの操舵角センサ2A,2Bを備えることができる。
第2の制御装置201は、その基本制御機能部202が、第2の操舵角センサ2Bの検出信号によって転舵用のメインモータ6の制御を行うため、第2の操舵角センサ2Bに故障が発生すると、適正な転舵が行えなくなる。その場合に、切替機構17を前記異常時切替形態に切り替えることで、サブモータ7による転舵とはなるが、異常のない第1の操舵角センサ2Aの検出信号を用いて制御でき、正しい転舵が可能となる。
このようにセンサ故障の診断を行い、通常時に転舵に使用される第2の操舵角センサ2Bが故障した場合に、第2の制御装置201が使用する操舵角センサを第1の操舵角センサ2Aに切り替えることで、センサ故障が生じてもメインモータ6による転舵が行える。
第1の操舵角センサ2Aはトー角の制御に用いられるため、故障が生じても、運転上で最低限必要な転舵は可能である。そのため、特に制御形態の変更を行わなくても、センサ異常報知部209により運転者に異常を伝えることが、センサ異常への適切な対処となる。
サブモータ7はトー角の制御に用いられるため、故障が生じても、運転上で最低限必要な転舵は可能である。そのため、特に制御形態の変更を行わなくても、サブモータ異常報知部210により運転者に異常を伝えることが、サブモータ異常への適切な対処となる。
第1の制御装置101は、反力アクチュエータ4とトー角制御用のモータであるサブモータ7とを制御する装置であるため、第2の制御装置201が正常であれば、最低限の安全な運転は可能である。そのため、第1の制御装置101が故障である場合は、特に制御形態の変更を行わなくても、制御装置異常報知部211により運転者に異常を伝えることが、第1の制御装置101の異常に対する適切な対処となる。
反力アクチュエータ4は、ステアリングホイール1に操舵反力を与えて運転者による操舵感覚を向上させるものであり、失陥が生じても、ステアリングホイール1による正確な操舵は可能である。そのため、反力アクチュエータ4が故障である場合は、特に制御形態の変更を行わなくても、反力異常報知部212により運転者に異常を伝えることが、反力アクチュエータの異常に対する適切な対処となる。
トー角制御は、走行の快適性を向上させる制御ではあるが、トー角固定であっても転舵は適正に行える。したがってトー角制御用のモータであるサブモータ7に失陥が生じた場合は、トー角調整動力伝達機構30を動力伝達不能状態としてメインモータ6による転舵のみ行わせるようにすることが、適切な対処となる。
また、この発明は、前記第1の制御装置または第2の制御装置は、第1および第2の操舵角センサの出力を比較して第2の操舵角センサ2Bの故障を診断するセンサ故障診断部を有し、かつ前記センサ故障診断部により第2の操舵角センサ2Bが故障であると診断された結果を受けたときに第1の操舵角センサの出力を第2の制御装置に通信するセンサ出力転送部を有し、前記第2の制御装置は、前記基本制御部による前記メインモータの制御を、第2の操舵角センサの出力を用いる代わりに、前記センサ出力転送部から転送された第1の操舵角センサ2Aの出力を用いて行う使用センサ切替を有する。このようにセンサ故障の診断を行い、通常時に転舵に使用される第2の操舵角センサが故障した場合に、第2の制御装置が使用する操舵角センサを第1の操舵角センサに切り替えるため、センサ故障が生じてもメインモータによる転舵が行える。
条件1は、第2の制御装置201のメインモータ失陥診断部205から、メインモータ6が失陥であるとの診断結果を受けたときである。
条件2は、第1の制御装置101の相互故障診断部103によって、第2の制御装置201が故障であると診断されたときである。
条件3は、外部の機器301から異常時切替形態への切り替えの指令を受けたときである。外部の機器301は、第1および第2の制御装置101,201に対する外部の機器である。例えば、ECU3(図1)における前記制御装置5以外の制御部や、運転席の入力手段(図示せず)等の機器である。
条件4は、第2の制御装置201のセンサ故障診断部207から第2の操舵角センサ2Bが故障であると診断された結果を受けたときである。なお、条件4の場合は、異常時切替形態への切り替えを行わず、次のセンサ出力転送部108および使用センサ切替部208による制御としても良い。
これらセンサ出力転送部108および使用センサ切替部208を設けるか、前記異常時切替指令部106により第4の条件で前記異常時切替形態に切り替えさせるようにするかは、選択的に定められる。
条件1:第2の制御装置201のメインモータ失陥診断部205から、メインモータ6が失陥であるとの診断結果を受けたとき。
条件2:第1の制御装置101の相互故障診断部103によって、第2の制御装置201が故障であると診断したとき。
条件3:外部の機器305から異常時切替形態への切り替えの指令を受けたとき。
条件4:第2の制御装置201のセンサ故障診断部207から第2の操舵角センサ2Bが故障であると診断された結果を受けたとき。
・操舵角センサ2A,2Bの出力の比較により、第2の制御装置201が第1の操舵角センサ2Aの異常を検出した場合。
・サブモータ7の失陥を第1の制御装置101が検出し、通信により第2の制御装置201に伝えた場合。
・相互故障診断により、第2の制御装置201が第1の制御装置101を故障であると診断した場合。
・第1の制御装置101が反力アクチュエータ4の失陥(トルク抜けなど)を検出した場合。
このように、制御系を2系統に分け、各系統の役割を最適に分担させたため、転舵用のメインモータ6の失陥と、その制御を行う第2の制御装置201の故障に対する冗長性確保のための多重化が得られる。この冗長性により、故障発生時に、車両を近くの安全な場所に退避させたり、修理工場に走行させる場合に、安全な転舵が可能なとなる。しかも、平常時は多重化部分を利用した、トー角制御や、第1および第2の制御装置の診断等の高機能化が得られる。すなわち、冗長性確保のための多重化と、平常時の多重化部分を利用した高機能化の両立が可能となる。
・どれか一つの要素が故障しても、重大事故の原因となる転舵機能失陥を回避できる。
・制御系を2系統に分け、各系統の役割を最適に分担させ、高機能化した構成となる。
・構成要素数・通信経路を最小にした構成となる。
図14に示す比較例1は、1台の制御装置5Aで、転舵およびトー角制御に関する全ての制御を行うようにしたものである。この比較例では、制御装置5Aの破損や異常時には冗長性を保てない。これに対して、上記実施形態では、制御装置5を第1および第2の制御装置101,201に分けて制御機能を適宜分担させたため、第1および第2の制御装置101,201のいずれかに破損や異常が生じても、最低限の転舵は安全に行える。
これに対して、上記実施形態では、使用頻度の低いサブモータ7を制御する第1の制御装置101に反力アクチュエータ4の制御機能を持たせたため、第1の制御装置101と第2の制御装置201とで、計算量の均衡が得られる。
この比較例では、実施形態よりも高い冗長性が得られる。しかし、操舵角センサ2A,2Bと制御装置101,201間の信号線の電気的分離を考慮する必要がある。例えば、第1の制御装置101が高電圧を受け破壊された場合、その高電圧が第1の制御装置101−第1の操舵角センサ2A−第2の制御装置201の経路を通じて第2の制御装置201に伝わり、第2の制御装置2が破壊される恐れがある。そのため、この経路上で電気的分離を行う必要があるが、大形化、コスト増の原因となる。
上記実施形態では、このような電気的分離が不要である。
第1伝動係脱機構71は、メインモータ6の中空モータ軸20と、転舵用中間軸21と、トー角調整用駆動側部材である第1中間ギヤ33とでなる。両中間軸21,35が図3の基準位置にあるとき、ならびに図4のサブモータ失陥時位置にあるときは、中空モータ軸20のスプライン歯20aと転舵用中間軸21のスプライン歯21aが互いに噛み合ってスプライン嵌合部27を構成することにより、中空モータ軸20と転舵用中間軸21とが結合する。両中間軸21,35が図5のメインモータ失陥時位置では、転舵用中間軸21のスプライン歯21aが中空モータ軸20のスプライン歯20aから外れ、転舵用中間軸21のスプライン歯21aが第1中間ギヤ33のスプライン歯33aと噛み合ってスプライン嵌合部74を構成することにより、転舵用中間軸21が第1中間ギヤ33と結合する。
なお、転舵軸が軸方向に分割されていない場合は、転舵軸の両端に、転舵軸の回転に応じて軸方向に進退する進退部材を設け、これら進退部材に左右のタイロッドを取付ける構成とする必要がある。そのため、転舵軸が設けられている箇所の全体の軸方向長さが長くなる。
2A…第1の操舵角センサ
2B…第2の操舵角センサ
3…ECU
4…反力アクチュエータ
5…制御装置
6…メインモータ
7…サブモータ
10…転舵軸
11…タイロッド
14…転舵軸駆動部
15…転舵機構
16…トー角調整機構
17…切替機構
18…転舵動力伝達機構
30…トー角調整動力伝達機構
100…ステアバイワイヤ式操舵装置
101…第1の制御装置
102…基本制御機能部
103…相互故障診断部
105…サブモータ失陥診断部
106…異常時切替指令部
107…センサ故障診断部
108…センサ出力転送部
109…反力アクチュエータ失陥診断部
110…トー角固定指令部
201…第2の制御装置
202…基本制御機能部
203…相互故障診断部
205…メインモータ失陥診断部
207…センサ故障診断部
209…センサ異常報知部
210…サブモータ異常報知部
211…制御装置異常報知部
212…反力異常報知部
302…報知手段
305…外部の機器
Claims (8)
- ステアバイワイヤ式操舵装置を制御する制御装置であって、
前記ステアバイワイヤ式操舵装置が、
左右両端にタイロッドが設けられた転舵軸と、ステアリングホイールと、このステアリングホイールに操舵反力を与える反力アクチュエータと、前記ステアリングホイールの操舵角をそれぞれ検出する第1および第2の操舵角センサと、メインモータおよびサブモータと、前記メインモータの回転を前記転舵軸に伝える転舵動力伝達機構と、前記サブモータの回転によりトー角を調整させるトー角調整動力伝達機構と、
前記転舵動力伝達機構に対して前記メインモータを切り離しサブモータの回転を伝えて転舵可能とする異常時切替形態に切替可能な切替機構とを備え、
前記制御装置が相互に通信し合う第1の制御装置と第2の制御装置とでなり、
前記第1の制御装置は、前記第1の操舵角センサの検出信号を受け取って前記反力アクチュエータとサブモータを制御する基本制御機能部を有し、
前記第2の制御装置は、前記第2の操舵角センサの検出信号を受け取って前記メインモータを制御する基本制御機能部を有し、
第1および第2の各制御装置は互いの故障を診断する相互故障診断部をそれぞれ有し、 第2の制御装置はメインモータの失陥を診断して第1の制御装置へ診断結果を伝えるメインモータ失陥診断部を有し、
第1の制御装置は第2の制御装置からメインモータが失陥であるとの診断結果を受けたとき、または前記相互故障診断部で第2の制御装置が故障であると診断したときに、前記切替機構を前記異常時切替形態に切り替えさせる異常時切替指令部を有し、
前記第1の制御装置または第2の制御装置は、第1および第2の操舵角センサの出力を比較して第2の操舵角センサの故障を診断するセンサ故障診断部を有し、かつ前記センサ故障診断部により第2の操舵角センサが故障であると診断された結果を受けたときに第1の操舵角センサの出力を第2の制御装置に通信するセンサ出力転送部を有し、前記第2の制御装置は、前記基本制御部による前記メインモータの制御を、第2の操舵角センサの出力を用いる代わりに、前記センサ出力転送部から転送された第1の操舵角センサの出力を用いて行う使用センサ切替部を有する
ことを特徴とする冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。 - 請求項1において、前記第1の操舵角センサは、前記操舵反力アクチュエータの動作量を検出してその検出結果を前記ステアリングホイールの操舵角の検出結果の出力とする冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
- 請求項1または請求項2において、前記異常時切替指令部は、前記第1および第2の制御装置に対する外部の機器から指令を受けたときに、前記切替機構を前記異常時切替形態に切り替えさせる機能を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記第1または第2の制御装置は、第1および第2の操舵角センサの出力を比較して第1の操舵角センサの故障を診断するセンサ故障診断部を有し、このセンサ故障診断部による第1の操舵角センサが故障であるとの診断結果を、車両の室内の報知手段に報知させるセンサ異常報知部を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記第1の制御装置は、前記サブモータの失陥を診断するサブモータ失陥診断部を有し、前記第2の制御装置は、前記サブモータ失陥診断部による失陥との診断結果を第1の制御装置から受けて、この診断結果を、車両の室内の報知手段に報知させるサブモータ異常報知部を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記第2の制御装置は、前記相互故
障診断部により第1の制御装置が故障であると診断した結果を、車両の室内の報知手段に報知させる制御装置異常報知部を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記第1の制御装置が、前記反力アクチュエータの失陥を診断する反力アクチュエータ失陥診断部を有し、この診断部が失陥であると診断した結果を、車両の室内の報知手段に報知させる反力異常報知部を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記切替機構は、前記トー角調整動力伝達機構を動力伝達不能状態として前記メインモータによる転舵のみ行わせるトー角固定時切替形態に切替可能であり、前記第1の制御部は前記サブモータの失陥を診断するサブモータ失陥診断部、およびこのサブモータ失陥診断部による失陥であるとの診断結果によって前記切替機構をトー角固定時切替形態に切替えるトー角固定指令部を有する冗長機能付きステアバイワイヤ式操舵装置の制御装置。
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