JP7267372B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に設けられるステアバイワイヤ式の操舵装置を制御する制御装置に関する。
ステアバイワイヤ式の操舵装置では、運転者が操作するステアリングホイールと、車輪を転舵させるラック軸とが機械的に切り離され、操舵角センサによりステアリングホイールの操舵角を検出して、その操舵角に応じて転舵アクチュエータにより車輪を転舵させる構成となっている。
このようなステアバイワイヤ式の操舵装置では、多重化により冗長性を持たせることで信頼性を高めるようにしているが、異常が発生して冗長性喪失後、継続使用した場合に操舵が困難な状態に陥る可能性がある。このため、冗長性を喪失する異常もしくは喪失の可能性のある異常が発生すると、自車両を速やかに路肩などの安全な退避場所に移動して停車させる退避走行を行うことが求められる。
このようなステアバイワイヤ式の操舵装置における異常発生時の制御に関する技術として、従来、発電機に異常が発生した場合に、車速の制限により電力消費を抑制することで、操舵装置に供給する電力を確保して、運転者のステアリング操作による退避走行を可能とする技術が知られている(特許文献1参照)。
特許5013312号公報
車速制限制御において、車速を単純に一定の上限速度に制限する制御が行われた場合、運転者がブレーキ操作を行うと、そのブレーキ操作に応じて一旦減速した後に上限速度に向けて加速する現象が発生することがある。例えば、上限車速が15Km/hに設定された場合に、運転者がブレーキ操作を行うことで、車速が10Km/hまで減速すると、その後に15Km/hまで加速する余地が発生する。しかしながら、このような現象を許容することは、緊急時の制御として運転者に違和感を与えるために望ましくない。
本発明は、このような背景に鑑み、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関係する異常が発生して車速制限制御が行われる場合に、運転者のブレーキ操作に応じて一旦減速した後に加速する現象が発生することを防止できる車両用制御装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、運転者が操作する操作部材(ステアリングホイール13)と車輪(4)を転舵する転舵部材(ラック軸12)とが機械的に切り離され、電源システム(31)の供給電力により動作する操舵装置(11)を備えた車両に搭載される車両用制御装置(21)であって、前記操舵装置に関係する異常を検知すると、上限速度を目標として車速を制限する車速制限制御を行い、この車速制限制御では、制限された車速に基づき目標減速度を設定して、その目標減速度に実減速度が近づくように減速度制御を行うとともに、その減速度制御において減速度が加速側に変化することを制限する。
この構成によれば、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関係する異常が発生して車速制限制御が行われる場合に、減速度制御において減速度が加速側に変化することが制限されるため、制御の最中に運転者のブレーキ操作が介入しても、そのブレーキ操作に応じて一旦減速した後に加速する余地が発生する現象が防止される。
また、本発明のある実施形態は、前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、前記フィードバック制御の開始時に、前記フィードバック制御における積分項の初期値を前記目標減速度に設定するとよい。
この構成によれば、フィードバック制御の開始時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。
また、上記構成において、前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、前記フィードバック制御における積分項が加速側に変化することを制限するとよい。
この構成によれば、フィードバック制御における積分項の溜まりが抑制されることで、運転者の操作に応じた制御とフィードバック制御との切り替わり時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。この場合、例えば、フィードバック制御における積分項の下限値を目標減速度の近傍に設定することで、積分項が加速側に変化することを制限することができる。
また、上記構成において、前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、運転者のブレーキ操作による減速度が前記目標減速度よりも大きくなった場合に、前記フィードバック制御における積分項を前記目標減速度に設定するとよい。
この構成によれば、フィードバック制御における積分項の溜まりが抑制されることで、運転者の操作に応じた制御とフィードバック制御との切り替わり時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。
以上の構成によれば、ステアバイワイヤ式の操舵装置に関係する異常が発生して車速制限制御が行われる場合に、減速度制御において減速度が加速側に変化することが制限されるため、制御の最中に運転者のブレーキ操作が介入しても、そのブレーキ操作に応じて一旦減速した後に加速する余地が発生する現象が防止される。
本実施形態に係る制御装置が搭載される車両の概略構成図 車両システムにおける制御装置の動作手順を示すフロー図 制御装置で行われる車速制限制御の概要を示すグラフ 制御装置で行われるフィードバック制御の概要を示すブロック図 制御装置で行われる制御の状況を示すグラフ 制御装置で行われる制御の状況を示すグラフ 制御装置で行われる制御の状況を示すグラフ
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る操舵装置11が搭載される車両1の概略構成図である。図示されるように、車両1は、車体2にサスペンション3を介して支持された4つの車輪4を有する4輪自動車である。
車両1は、車輪4を駆動するパワープラント5(走行用駆動装置)と、パワープラント5から車輪4への駆動力伝達モードを変更するトランスミッション6(変速装置)とを備えている。パワープラント5は、内燃機関及び電動モータの少なくとも一方であり、パワープラント5の駆動力及び制動力(エンジンブレーキ)が車輪4に伝達される。パワープラント5は、運転者のアクセル操作に応じて制御される。また、トランスミッション6は、運転者のシフト操作に応じて制御される。
また、車両1は、車輪4を操舵するステアバイワイヤ式の操舵装置11を備えている。操舵装置11は、ラック軸12(転舵部材)と、ステアリングホイール13(操作部材)と、操舵角センサ14と、転舵角センサ15と、転舵アクチュエータ16(転舵装置)と、反力アクチュエータ17(反力装置)と、操舵トルクセンサ18と、を備えている。なお、操舵装置11は、ラック軸12とステアリングホイール13とが機械的に連結されていない、いわゆるシャフトレスのステアバイワイヤシステムである。
ステアリングホイール13は、運転者が操作する。操舵角センサ14は、ステアリングホイール13による操舵角を検出する。転舵角センサ15は、車輪4の転舵角を検出する。転舵アクチュエータ16は、ラック軸12を押し引き駆動して車輪4を転舵させる。反力アクチュエータ17は、運転者の操作力に対する反力をステアリングホイール13に与える。操舵トルクセンサ18は、ステアリングシャフト19に作用よる操舵トルクを検出する。
また、車両1は、制御装置21(ECU)と、車速センサ22(走行条件検出手段、車速検出手段)と、加速度センサ23と、を備えている。制御装置21は、プロセッサおよびメモリなどで構成され、操舵角センサ14、転舵角センサ15、操舵トルクセンサ18、車速センサ22、および加速度センサ23などのセンサ類の検出結果に基づいて、転舵アクチュエータ16および反力アクチュエータ17などを制御する。
また、車両1は、操舵装置11および制御装置21などに電力を供給する電源システム31を備えている。この電源システム31は、バッテリー32(蓄電装置)および発電装置33などを含む。
なお、車両1は、この他に、車輪4を制動する図示されないブレーキシステム(制動装置)を備えている。このブレーキシステムは、運転者のブレーキ操作に応じて制御される。
また、操舵装置11は、信頼性を高めるために冗長性を有している。例えば、転舵アクチュエータ16(転舵装置)が2系統からなる冗長性を有するものとしてもよい。また、反力アクチュエータ17(反力装置)が2系統からなる冗長性を有するものとしてもよい。また、制御装置21が2系統からなる冗長性を有するものとしてもよい。また、電源システム31が2系統からなる冗長性を有するものとしてもよい。
次に、車両システムの制御について説明する。図2は、車両システムにおける制御装置21の動作手順を示すフロー図である。
ステアバイワイヤ式の操舵装置11では、操舵装置11自体の異常や、操舵装置11に電力を供給する電源システム31の異常により、走行中に操舵が困難な状態に至る可能性がある。そこで、本実施形態では、走行中に操舵が困難な状態に至らないように車速を制限して安全状態を確保するために車速制限制御が行われる。特に本実施形態では、3つの車速制限制御(退避車速制限制御、強制車速制限制御、最高速制限制御)が行われる。
具体的には、図2に示すように、車両システムが起動すると、制御装置21は、まず、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常があるか否かを判定する(ステップST1)。具体的には、操舵装置11の冗長性が損失した状態や、転舵アクチュエータ16の出力が不足している状態や、発電装置33による電力供給ができない状態(発電機能喪失状態)であるか否かを判定する。
ここで、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常がある場合には(ST1:Yes)、次に、制御装置21は、発電機能喪失状態か否かを判定する(ステップST2)。
ここで、発電機能喪失状態でない場合、すなわち、操舵装置11の冗長性が損失した状態や、転舵アクチュエータ16の出力が不足している状態の場合には(ST2:No)、退避車速制限制御が実施される(ステップST3)。退避車速制限制御は、イグニッションをオンとする操作が再度行われるまで継続される。
一方、発電機能喪失状態である場合には(ST2:Yes)、強制車速制限制御が実施される(ステップST4)。強制車速制限制御は、イグニッションをオンとする操作が再度行われるまで継続される。
また、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常がない場合には(ST1:No)、次に、制御装置21は、安全状態、すなわち、直ちに停車可能な安全車速で走行する状態の達成および維持のために必要な電力が不足しているか否かを判定する(ステップST5)。具体的には、劣化や低温によりバッテリー32の出力が低下している状態であるか否かを判定する。
ここで、安全状態の達成および維持に必要な電力量が不足している場合には(ST5:Yes)、最高速制限制御が実施される(ステップST6)。
一方、安全状態の達成および維持に必要な電力量が不足していない場合には(ST5:No)、車速制限制御(退避車速制限制御、強制車速制限制御、および最高速制限制御)は実施されず、通常制御のままである(ステップST7)。
次に、制御装置21で行われる車速制限制御について説明する。図3は、制御装置21で行われる車速制限制御の概要を示すグラフである。
制御装置21では、車両の異常状態に応じて3つの車速制限制御(退避車速制限制御、強制車速制限制御、最高速制限制御)のいずれかが実施される。
図3(A)に示す退避車速制限制御は、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常があるが、発電装置33による電力供給ができない状態(発電機能喪失状態)でない場合、すなわち、操舵装置11の冗長性が損失した状態や、転舵アクチュエータ16の出力が不足している状態の場合に実施される。
退避車速制限制御では、3つの速度制限状態(自発的退避状態、強制的減速状態、安全速度保持状態)に順次遷移する。
自発的退避状態では、上限速度を一定とした速度制限により、不必要な高速度での走行を制限する一方で、運転者による自発的な退避走行を可能にする制御が行われる。具体的には、異常検知時の自車両の車速と走行中の道路の許容速度とのいずれか高い方を、異常発生時の初期速度として、その速度に上限速度を設定して、その上限速度を目標として車速を制限する制御が行われる。このような制御により、必要な範囲での加減速が認められ、比較的自由度の高い走行が可能になり、レーンチェンジなどの移動の自由度が確保される。このため、運転者が、ステアリング操作による自発的(積極的)な退避走行を支障なく且つ円滑に行うことができる。
強制的減速状態では、上限速度を次第に低下させる速度制限により、安全速度まで強制的に自車両を減速させる制御が行われる。具体的には、初期速度(自発的退避状態の上限速度)から目標とする所定の安全速度に向けて徐々に低下するように上限速度を設定して、その上限速度を目標として車速を制限する制御が行われる。ここで、安全速度は、運転者の操舵を必要とせずに、運転者のブレーキ操作による減速により即座に且つ安全に自車両を停止できる速度である。また、強制的減速状態の上限速度は、運転者がアクセル操作およびブレーキ操作を行っていない状態での減速度で減速した場合の車速とする。このときの減速度は、運転者が落ち着いて操舵操作できる減速度の範囲内で設定されるとよい。例えば、パワープラント5の制動力のみによる減速度に基づいて設定されるとよい。なお、制動力は、エンジンブレーキだけでなく、回生や摩擦による制動力でもよい。このような制御により、運転者がブレーキ操作を行わなくても、所定時間内に自車両を確実に安全速度まで減速させることができる。なお、強制的減速状態では、車速が上限速度の近傍である場合に、運転者のアクセル操作による加速は禁止されるが、運転者のブレーキ操作による減速は許容される。
安全速度保持状態では、安全速度に上限速度を設定して、その上限速度を目標として車速を制限する制御が行われる。このような制御により、運転者は、適当な停車場所に到達するまで安全速度以下の速度で自車両を走行させ、必要なタイミングで運転者がブレーキ操作を行うことで自車両を停車させればよく、ここで、不意に操舵が困難な状態に陥っても、運転者はブレーキ操作により安全に自車両を停車させることができる。
なお、退避車速制限制御では、自車両を速やかに路肩などの安全な退避場所に移動して停車させる退避走行を行うことを運転者に促す制御が行われる。特に、強制的減速状態では、ディスプレイの画面表示や音声出力などにより、強制的減速の実施を運転者に通知する制御が行われてもよい。この場合、緊急性の高い強制減速制御の介入のため、連続的な警告が行われてもよい。また、安全速度保持状態では、ディスプレイの画面表示や音声出力などにより、運転者に安全な場所への停車を促す制御が行われてもよい。この場合、緊急性が低下しているため、一定時間で繰り返し警告が行われてもよい。
図3(B)に示す強制車速制限制御は、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常があり、且つ、発電装置33による電力供給ができない状態(発電機能喪失状態)である場合に実施される。
強制車速制限制御では、3つの速度制限状態(強制的減速状態、安全速度保持状態、停車保持状態)に順次遷移する。この強制車速制限制御では、退避車速制限制御(図3(A)参照)のような自発的退避状態はなく、直ちに強制的減速状態となって減速が開始される。
強制的減速状態および安全速度保持状態は、退避車速制限制御(図3(A)参照)の場合と同様である。なお、強制的減速状態では、異常検知時の自車両の車速が初期速度となる。
停車保持状態では、上限速度を次第に低下させる速度制限により、強制的に自車両を停車させる制御が行われる。また、運転者にブレーキ操作を催促して自車両を停車させる制御でもよい。車両が停止すると、EPB(電動パーキングブレーキ)やトランスミッション6のパーキングポジションにより停車状態が保持される。このような制御により、停車保持状態を実現できる電力が確保されているうちに、確実に自車両を減速停車させて停車状態に保持させることができる。
なお、強制車速制限制御では、発電機能喪失により車速が制限されることを運転者に通知する制御が行わる。特に、停車保持状態では、強制的減速状態と同様に、ディスプレイの画面表示や音声出力などにより、停車措置の介入を運転者に通知する制御が行われてもよい。この場合、緊急性の高い停車措置の介入のため、連続的な警告が行われてもよい。
図3(C-1),(C-2)に示す最高速制限制御は、動作継続した場合に操舵が困難な状態に至る異常がないが、安全状態の達成および維持に必要な電力量が不足している場合に実施される。
最高速制限制御では、自車両の電力状態(保有電力量および消費電力量)に応じて最高速度(上限速度)が設定され、車速を最高速度に制限する制御が行われる。具体的には、消費電力量が一定とすると、保有電力量が次第に低下するのに応じて最高速度が次第に低くなり、保有電力量が次第に増大するのに応じて最高速度が次第に高くなる。このような制御により、安全状態の達成および維持に必要な電力量が確保され、自車両を安全に停車させることができる。
なお、最高速制限制御では、電力量の低下により車速が制限されることを運転者に通知する制御が行われてもよい。
次に、制御装置21で行われるフィードバック制御について説明する。図4は、制御装置21で行われるフィードバック制御の概要を示すブロック図である。
制御装置21では、車速制限制御において、制限された車速に基づき目標減速度が設定されて、その目標減速度に実減速度が近づくようにフィードバック制御(減速度制御)が行われる。
減算器41では、目標減速度から実減速度が減算される。なお、実減速度は加速度センサ23(図1参照)などにより測定される。I項ゲイン処理部42では、減算器41から出力される目標減速度と実減速度との偏差を積分してゲインを乗算することでI項(積分項)を算出する処理などが行われる。加算器43では、I項ゲイン処理部42から出力される減速度の変化分と、前回のフィードバック減速度(操作量)としての要求制動力とが加算され、今回のフィードバック減速度が算出される。
F/B制御実施判断部44では、フィードバック制御の可否が判断される。F/B制御実施切り替え部45では、F/B制御実施判断部44の判断結果に応じて、第1の入力と第2の入力とが切り替えられる。具体的には、フィードバック制御を実施する場合には、第1の入力、すなわち、加算器43から出力されるフィードバック減速度が選択される。また、フィードバック制御を実施しない場合には、第2の入力、すなわち、運転者のブレーキ操作による要求制動力が選択される。
I項初期値設定部46では、I項の初期値が設定される。本実施形態では、目標減速度がI項の初期値に設定される。I項初期化判断部47では、I項の初期化の可否が判断される。本実施形態では、フィードバック制御を開始する際に、I項の初期化を実施すると判断される。また、運転者のブレーキ操作による減速度が目標減速度よりも大きくなった場合に、I項の初期化を実施すると判断される。I項初期値切り替え部48では、I項初期化判断部47の判断結果に応じて、第1の入力と第2の入力とが切り替えられる。具体的には、I項の初期化を実施する場合には、第1の入力、すなわち、I項初期値設定部46から出力されるI項の初期値(目標減速度)が選択される。また、I項の初期化を実施しない場合には、第2の入力、すなわち、F/B制御実施切り替え部45から出力されるフィードバック減速度または運転者のブレーキ操作による要求制動力が選択される。
I項上限値設定部49では、I項の上限値が設定される。上限制限処理部50では、I項上限値設定部49から出力されるI項の上限値に基づいて減速度を制限する処理が行われる。I項下限値設定部51では、I項の下限値が設定される。本実施形態では、運転者のブレーキ操作によるI項が加速側に変化することを制限するため、目標減速度の近傍にI項の下限値が設定される。下限制限処理部52では、I項下限値設定部51から出力されるI項の下限値に基づいて減速度を制限する処理が行われ、要求制動力が出力される。
次に、制御装置21で行われる制御の状況について説明する。図5、図6、図7は、制御装置21で行われる制御の状況を示すグラフである。なお、図6(A),図7(A)は、図5(A)と同様である。
図5(A)に示すように、制御装置21では、車速制限制御が開始されると、加速が禁止されて、アクセル操作信号はオフとなり、車速が初期速度から安全速度に到達するまで徐々に低下する。この車速制限制御の最中に、運転者がブレーキ操作を行うと、車速制限制御時より大きく減速する。
ここで、図5(B)に示す例は、フィードバック制御の開始時におけるI項の初期値の制御も、I項を制限する制御も実施されない場合である。この場合、フィードバック制御の開始時に、I項の初期値が0に設定されるため、I項の溜まりが大きくなり、実減速度が目標減速度に収束するまでに時間を要し、応答性が低下する。また、運転者の操作に応じた制御とフィードバック制御との切り替わり時に、I項の溜まりを打ち消すまでに時間を要し、応答性が低下する。
図6(B)に示す例では、フィードバック制御の開始時におけるI項の初期値の制御が実施される。具体的には、フィードバック制御の開始時に、I項の初期値が目標減速度(例えば-0.1)に設定される。これにより、フィードバック制御の開始時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。また、図6(B)に示す例では、I項を制限する制御が実施される。ここでは、I項の下限値を制限する制御が実施される。具体的には、I項の下限値が目標減速度の近傍に設定されて、運転者のブレーキ操作によりI項が加速側に変化することが制限される。これにより、I項の溜まりが抑制されることで、運転者の操作に応じた制御とフィードバック制御との切り替わり時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。
図7(B)に示す例では、図6(B)に示す例と同様に、フィードバック制御の開始時におけるI項の初期値の制御が実施される。また、図7(B)に示す例では、図6(B)に示す例と同様に、I項を制限する制御が実施されるが、ここでは、I項の加速側への変化を制限する制御が実施される。具体的には、運転者のブレーキ操作による減速度が目標減速度よりも大きくなった場合に、I項が目標減速度に設定される。すなわち、運転者のブレーキ操作による減速度が目標減速度よりも大きくなったか否かに関する判定が行われ、判定フラグがオンとなる期間において、I項が目標減速度に設定される。これにより、I項の溜まりが抑制されることで、運転者の操作に応じた制御とフィードバック制御との切り替わり時に、実減速度が目標減速度に収束する時間が短縮され、応答性が向上する。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。また本発明は、ステアバイワイヤ式の操舵装置の故障時だけでなく、操舵装置の過熱保護等のシステム性能低下時や、ブレーキバイワイヤ式の制動装置や自動運転などにおいて冗長性が喪失する異常が発生したときの制御としても実施することができる。
1 車両
11 操舵装置
21 制御装置
22 車速センサ
23 加速度センサ
31 電源システム
32 バッテリー
33 発電装置

Claims (3)

  1. 運転者が操作する操作部材と車輪を転舵する転舵部材とが機械的に切り離され、電源システムの供給電力により動作する操舵装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置であって、
    前記操舵装置に関係する異常を検知すると、上限速度を目標として車速を制限する車速制限制御を行い、
    この車速制限制御では、制限された車速に基づき目標減速度を設定して、その目標減速度に実減速度が近づくように減速度制御を行うとともに、その減速度制御において減速度が加速側に変化することを制限し、
    前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、
    前記フィードバック制御の開始時に、前記フィードバック制御における積分項の初期値を前記目標減速度に設定することを特徴とする車両用制御装置。
  2. 運転者が操作する操作部材と車輪を転舵する転舵部材とが機械的に切り離され、電源システムの供給電力により動作する操舵装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置であって、
    前記操舵装置に関係する異常を検知すると、上限速度を目標として車速を制限する車速制限制御を行い、
    この車速制限制御では、制限された車速に基づき目標減速度を設定して、その目標減速度に実減速度が近づくように減速度制御を行うとともに、その減速度制御において減速度が加速側に変化することを制限し、
    前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、
    前記フィードバック制御における積分項が加速側に変化することを制限することを特徴とする車両用制御装置。
  3. 運転者が操作する操作部材と車輪を転舵する転舵部材とが機械的に切り離され、電源システムの供給電力により動作する操舵装置を備えた車両に搭載される車両用制御装置であって、
    前記操舵装置に関係する異常を検知すると、上限速度を目標として車速を制限する車速制限制御を行い、
    この車速制限制御では、制限された車速に基づき目標減速度を設定して、その目標減速度に実減速度が近づくように減速度制御を行うとともに、その減速度制御において減速度が加速側に変化することを制限し、
    前記減速度制御としてフィードバック制御を行い、
    運転者のブレーキ操作による減速度が前記目標減速度よりも大きくなった場合に、前記フィードバック制御における積分項を前記目標減速度に設定することを特徴とする車両用制御装置。
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