JP7487995B2 - 操舵角検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶対舵角を検出するための２つの相対舵角検出部の一方が失陥した場合であっても、他方の相対舵角検出部で検出した相対舵角に基づいて絶対舵角を求めることができるようにした操舵角検出装置に関する。

周知のように、ステアリングホイールの転舵角を計測する操舵角センサは、例えば、特許文献１（特開２００６－３２２７９４号公報）に開示されているように、相対舵角を検出する２つの相対舵角検出部を有し、この２つの相対舵角検出部で検出した位相の異なる相対舵角の差分から絶対舵角を検出し、その信号を各システムに出力している。

従って、一方の相対舵角検出部が失陥した場合には絶対舵角を検出することができなくなるため、この絶対舵角を示す信号を出力することができなくなる。その結果、この絶対舵角を利用して運転者の運転操作を支援するＶＤＣ(Vehicle Dynamics Control)制御を代表とする運転支援制御システムが停止してしまうことになる。

特開２００６－３２２７９４号公報

しかし、操舵角センサに設けられている２つの相対舵角検出部の一方が失陥した場合、直ちに絶対舵角を示す信号の出力が停止してしまうと、ステアリングホイールの転舵角（実舵角）が計測できなくなる。その結果、運転支援制御システムによる運転者の運転支援を行うことができなくなる。

そのため、従来は、２つの操舵角センサを用いて冗長系を構築し、一方の操舵角センサが失陥しても、他方の操舵角センサで絶対舵角を検出して、運転支援制御を継続できるようにしていた。しかし、２つの操舵角センサを取付けることはコスト高となってしまう不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、２つの操舵角センサで冗長系を構築することなく、コストの低減を図り、操舵角センサに設けられた２つの相対舵角検出部の一方が失陥した場合であっても、絶対舵角を求めることを可能として、運転支援を継続できるようにした操舵角検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、ステアリングシャフトの回転から相対舵角を異なる位相で検出する２つの相対舵角検出部、及び前記各相対舵角検出部で検出した前記相対舵角の位相差から絶対舵角を求める絶対舵角演算部を有する操舵角センサと、前記絶対舵角演算部から絶対舵角を示す角度信号が出力されているか否かを調べる診断部とを備え、前記診断部は、自己診断処理部とセンサ失陥時絶対角演算部とを備え、前記自己診断処理部は、最新の前記絶対舵角を保持する絶対舵角保持部と、前記絶対舵角演算部から前記絶対舵角を示す角度信号が出力されていないと判定した場合、前記２つの相対舵角検出部の何れから前記相対舵角が出力されているかを調べる相対舵角出力検出部と、前記相対舵角出力検出部で前記２つの相対舵角検出部の一方から前記相対舵角が出力されていると判定された場合、警報指令を出力する警報指令出力部とを有し、前記センサ失陥時絶対角演算部は、前記相対舵角出力検出部で前記２つの相対舵角検出部の一方から前記相対舵角が出力されていると判定された場合、前記絶対舵角保持部に保持されている最新の前記絶対舵角に、出力されている該相対舵角を加算して最新の前記絶対舵角を更新する失陥時絶対舵角算出部を備える操舵角検出装置において、警報ユニットを更に備え、前記警報ユニットは、前記警報指令出力部が警報指令を出力した場合に、運転者に報知すると共に、前記絶対舵角を利用して運転者の運転操作を支援する運転支援制御部における車速の上限を規制する。

本発明によれば、操舵角センサの絶対舵角演算部から絶対舵角を示す角度信号が出力されていないと判定した場合、２つの相対舵角検出部の一方から出力されている相対舵角を、最新の絶対舵角に加算して、この最新の絶対舵角を更新するようにしたので、操舵角センサに設けられた２つの相対舵角検出部の一方が失陥した場合であっても、絶対舵角を求めることができる。その結果、運転支援を継続させることができると共に、２つの操舵角センサで冗長系を構築する必要がなく、コストの低減を図ることができる。

第１実施形態を示し、（ａ）は操舵角検出装置を有する運転支援制御系の要部構成図、（ｂ）は２つの相対舵角の位相差から絶対舵角を演算する態様を示す説明図 同、自己診断ルーチンを示すフローチャート 同、センサ失陥時絶対舵角演算ルーチンを示すフローチャート 第２実施形態による操舵角検出装置を有する運転支援制御系の要部構成図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１～図３に本発明の第１実施形態を示す。図１（ａ）の符号１は電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置の要部であり、ステアリングシャフト１ａの基端に運転者が操作するステアリングホイール１ｂが固設されている。尚、図示しないがステアリングシャフト１ａの先端に、ラック＆ピニオン式のステアリングギヤ機構を有するステアリングギヤボックス、及び電動モータが連設されている。

このステアリングシャフト１ａに、円環状に形成されたプライマリギヤ１ｃとセカンダリギヤ１ｄとの軸心が設置されている。この両ギヤ１ｃ，１ｄは、後述する操舵角センサ１１の構成要素であり、互いに近接された位置に配置されている。
更に、この各ギヤ１ｃ，１ｄの外周にターゲット歯が形成されている。この各ターゲット歯の歯数は、本実施形態においてはプライマリギヤ１ｃの歯数をＮとした場合、セカンダリギヤ１ｄの歯数が１枚少なく設定している（Ｎ－１）。

又、この各ギヤ１ｃ，１ｄに、操舵角センサ１１の構成要素であるプライマリ検出部１１ａとセカンダリ検出部１１ｂとが近接されている。この両検出部１１ａ，１１ｂは、各ギヤ１ｃ，１ｄのターゲット歯に対峙して、回転角をそれぞれ検出するものであり、本発明の相対舵角検出部に対応している。更に、この操舵角センサ１１には、絶対舵角演算部１１ｃと自己診断部２１とが設けられている。

又、この自己診断部２１と運転支援制御部としての運転支援制御ユニット３１と警報ユニット３２が、車内通信回線（例えばＣＡＮ:Controller Area Network）を通じて双方向通信自在に接続されている。尚、自己診断部２１、各ユニット３１，３２は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ、不揮発性記憶部等を備える周知の集積回路、及びその周辺機器で構成されており、ＲＯＭにはＣＰＵで実行するプログラムやテーブル、マップ等の固定データ等が予め記憶されている。

この運転支援制御ユニット３１は、自車両を運転する運転者の運転操作を支援するものであり、代表的な制御としては、車両の横滑りを抑制して自車両の走行安定性を図るＶＤＣ(Vehicle Dynamics Control)制御が知られている。又、警報ユニット３２は運転者に対して、視覚的（警告灯、モニタ）、或いは聴覚的（スピーカ）に警報を報知するものである。

ステアリングシャフト１ａが回転すると、それに伴い、操舵角センサ１１のプライマリギヤ１ｃとセカンダリギヤ１ｄとが一体回転する。各検出部１１ａ，１１ｂは、ギヤ１ｃ，１ｄに形成されたターゲット歯の通過を磁気的、或いは光学的に検出し、その波形（正弦波の出力波形）が、図１（ｂ）に示すように所定に波形整形され、相対舵角であるプライマリ舵角θｐとセカンダリ舵角θｓを示す角度信号として出力する。

又、本実施形態では、プライマリギヤ１ｃに形成されているターゲット歯の歯数をＮとした場合、セカンダリギヤ１ｄに形成されているターゲット歯の歯数が（Ｎ－１）に設定されている。従って、プライマリ検出部１１ａでは３６０[deg]／Ｎの位相でプライマリ舵角θｐを検出する。これに対し、セカンダリ検出部１１ｂはセカンダリ舵角θｓを、３６０[deg]／（Ｎ－１）の位相で検出する。

そして、絶対舵角演算部１１ｃは、各検出部１１ａ，１１ｂから出力された舵角θｐ，θｓの位相差から、ステアリングシャフト１ａの中立点を基準とする絶対舵角θｆを求める。

自己診断部２１には、相対舵角を示す舵角θｐ，θｓと絶対舵角θｆとが入力される。そして、自己診断部２１は、絶対舵角演算部１１ｃから絶対舵角θｆが出力されているか否かを監視し、絶対舵角θｆが出力されている場合は、正常と判定し、当該絶対舵角θｆをそのまま運転支援制御ユニット３１等に出力する。

一方、自己診断部２１は、絶対舵角演算部１１ｃから絶対舵角θｆが出力されていないと判定した場合であって、何れかの舵角θｐ，θｓが検出されている場合は、検出された舵角θｐ或いはθｓに基づいて絶対舵角θｆを求める。

上述した自己診断部２１で実行する自己診断処理、及びセンサ失陥時絶対舵角演算処理は、具体的には、図２に示す自己診断ルーチン、及び図３に示すセンサ失陥時絶対舵角演算ルーチンに従って行われる。

図２に示す自己診断ルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、絶対舵角演算部１１ｃから絶対舵角θｆを示す角度信号が出力されているか否かを調べる。そして、絶対舵角θｆが出力されている場合は、操舵角センサ１１は正常と判定し、ステップＳ２へ進み、絶対舵角θｆを出力してルーチンを抜ける。

一方、絶対舵角θｆの出力が検出されていない場合はステップＳ３へ進み、ステップＳ３及びステップＳ５において、プライマリ検出部１１ａとセカンダリ検出部１１ｂとの何れが失陥しているかを、プライマリ舵角θｐとセカンダリ舵角θｓとの何れの角度信号が出力されているかで調べる。

そして、プライマリ舵角θｐの出力が検出されている場合は、セカンダリ検出部１１ｂが失陥していると判定し、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、セカンダリ失陥判定フラグＦθｓをセットして（Ｆθｓ←１）、ステップＳ７へ進む。

一方、セカンダリ舵角θｓの出力が検出されている場合は、プライマリ検出部１１ａが失陥していると判定し、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、プライマリ失陥判定フラグＦθｐをセットして（Ｆθｐ←１）、ステップＳ７へ進む。尚、両失陥判定フラグＦθｐ，Ｆθｓの初期値は０である。又、ステップＳ３～Ｓ６での処理が、本発明の相対舵角出力検出部に対応している。

そして、ステップＳ４、或いはステップＳ６からステップＳ７へ進むと、絶対舵角演算部１１ｃで求めた最新の絶対舵角θｆ(n-1)をＲＡＭ等の記憶部に保持してルーチンを抜ける。尚、符号(n-1)は直前の値を示す。すなわち、ステップＳ７で保持する最新の絶対舵角θｆ(n-1)は、失陥後最初のルーチン実行時においては、直前にステップＳ２から出力された絶対舵角θｆとなる。又、このステップＳ７で最新の絶対舵角θｆ(n-1)を保持させる記憶部が、本発明の絶対舵角保持部に対応している。又、自己診断部２１では、この最新の絶対舵角θｆ(n-1)を何れかの検出部１１ａ，１１ｂの失陥に拘わらず保持させて更新するようしても良い。

次いで、ステップＳ８へ進み、警報指令を出力してルーチンを終了する。警報ユニット３２は、自己診断部２１から警報指令を受信すると、警告灯、及びモニタやスピーカを駆動させて操舵角センサ１１の失陥を運転者に報知する。尚、その際、車速の上限を規制するようにしても良い。

又、両舵角θｐ，θｓの何れも検出されていない場合は、操舵角故障と判定し、ステップＳ９へ分岐し、両失陥判定フラグＦθｐ，Ｆθｓをセットして（Ｆθｐ，Ｆθｓ←１）、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では失陥報知指令を出力してルーチンを終了する。

警報ユニット３２は、自己診断部２１から故障報知指令を受信すると、警告灯、及びモニタやスピーカを駆動させて、操舵角センサ１１の故障を報知すると共に運転支援制御に拘わるシステムが停止する旨（フェイルセーフモード）を運転者に報知する。その結果、電動パワーステアリング装置では、電動アシストが０となり、運転者は機械式によってステアリング操作を行うことになる。

次いで、自己診断部２１は、図３に示すセンサ失陥時絶対舵角演算ルーチンを実行する。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１１でプライマリ失陥判定フラグＦθｐの値を参照して、プライマリ検出部１１ａが失陥しているか否かを調べる。そして、Ｆθｐ＝１の失陥している場合はステップＳ１２へ進む。又、Ｆθｐ＝０の正常の場合はステップＳ１３へ分岐する。

ステップＳ１２へ進むと、セカンダリ失陥判定フラグＦθｓの値を参照して、セカンダリ検出部１１ｂが失陥しているか否かを調べる。そして、Ｆθｓ＝０の場合、プライマリ検出部１１ａは失陥しているが、セカンダリ検出部１１ｂは正常であるためステップＳ１４へ進む。又、Ｆθｓ＝１の場合は、両検出部１１ａ，１１ｂが失陥しているため、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１１からステップＳ１３へ分岐すると、セカンダリ失陥判定フラグＦθｓの値を参照する。そして、Ｆθｓ＝１の場合、セカンダリ検出部１１ｂは失陥しているが、プライマリ検出部１１ａは正常であるため、ステップＳ１５へ進む。又、Ｆθｓ＝０の場合、両検出部１１ａ，１１ｂは正常であるため、そのままルーチンを抜ける。

ステップＳ１２からステップＳ１４へ進むと、最新の絶対舵角θｆ(n-1)を読込み、この最新の絶対舵角θｆ(n-1)にセカンダリ舵角θｓを加算して、失陥時における最新の絶対舵角θｆを求め（θｆ←θｆ(n-1)＋θｓ）、ステップＳ１６へ進む。一方、ステップＳ１３からステップＳ１５へ進むと、最新の絶対舵角θｆ(n-1)を読込み、この最新の絶対舵角θｆ(n-1)にプライマリ舵角θｐを加算して、失陥時における最新の絶対舵角θｆを求め（θｆ←θｆ(n-1)＋θｐ）、ステップＳ１６へ進む。尚、ステップＳ１４，Ｓ１５での処理が、本発明の失陥時絶対舵角算出部に対応している。

そして、ステップＳ１６へ進むと、ステップＳ１４或いはステップＳ１５で求めた絶対舵角θｆを出力し、ステップＳ１７へ進み、当該絶対舵角θｆで記憶部に保持されている最新の絶対舵角θｆ(n-1)を更新して（θｆ(n-1)←θｆ）、ルーチンを抜ける。

ところで、ステアリングシャフト１ａの回転方向は、ステアリングの切り増し、切り戻しにより切り替わる。絶対舵角θｆは切り増しにより増加し、切り戻しによって減少する。一方、ステアリングシャフト１ａには回転方向が切り替わる際にヒステリシスが発生する。

このヒステリシスは、正常な検出部（１１ａ或いは１１ｂ）で検出した正弦波の波形に遅れとして現れるため、この遅れを検出することで、正常な検出部（１１ａ或いは１１ｂ）で検出した舵角（θｐ或いはθｓ）の回転方向（切り増し、切り戻し）を判定することができる。そして、正常な検出部（１１ａ或いは１１ｂ）で検出される舵角（θｐ或いはθｓ）に、切り増し方向では正（＋）、切り戻し方向では負（－）の符号を付す。更に、絶対舵角θｆも、例えば、中立点よりも左転舵方向を正（＋）、右転舵方向を負（－）する符号が付される。

この絶対舵角θｆは、例えば運転支援制御ユニット３１で読込まれる。この運転支援制御ユニット３１は、絶対舵角θｆを利用して自車両を運転する運転者の運転操作を支援する。

このように、本実施形態では、操舵角センサ１１に設けられているプライマリ検出部１１ａとセカンダリ検出部１１ｂとの一方が失陥した場合、直前の絶対舵角θｆを基準として、正常な他方の検出部（１１ａ或いは１１ｂ）で検出した相対舵角（θｐ或いはθｓ）を加算して絶対舵角θｆを求めることで、運転支援を継続させることができる。又、２つの操舵角センサで冗長系を構築する必要がないため、コストの低減を図ることができる。
［第２実施形態］
図４に本発明の第２実施形態を示す。上述した第１実施形態では、操舵角センサ１１に設けた自己診断部２１で、各検出部１１ａ，１１ｂの失陥を監視し、失陥が検出された場合は、正常な検出部（１１ａ或いは１１ｂ）側からの角度信号（θｐ或いはθｓ）に基づいて絶対舵角θｆを求めるようにしている。

これに対し、本実施形態では、運転支援制御部としての運転支援制御ユニット３１に本来備えられている自己診断部３１ａに対して、操舵角センサ１１に設けられている各検出部１１ａ，１１ｂの失陥を監視する機能を担わせるようにしたものである。

この運転支援制御ユニット３１は、ＶＤＣ制御、ＡＢＳ制御、ＡＬＫ制御、ＬＤＰ制御等の各機能を有している。運転支援制御ユニット３１は、操舵角センサ１１で検出した絶対舵角θｆを利用して、上述した各制御機能により自車両を運転する運転者の運転操作を支援する。

ここで、ＶＤＣ(Vehicle Dynamics Control)制御は、車両の横滑りを抑制して自車両の走行安定性を図る機能である。ＡＢＳ(Anti-lock Brake System)制御は、ロック傾向にある車輪に対するブレーキ圧を減圧してロックを回避する機能である。ＡＬＫ(Active Lane Keep)制御は、自車両を走行車線の中央に沿って走行させるために操舵支援を行う機能である。又、ＬＤＰ(Lane Departure Prevention)制御は、自車両が走行車線から逸脱する傾向にあると判定した場合、操舵介入によって自車両の車線逸脱を抑制する機能である。

又、操舵角センサ１１にはインターフェース回路１１ｄが設けられており、このインターフェース回路１１ｄを介して各検出部１１ａ，１１ｂで検出したプライマリ舵角θｐとセカンダリ舵角θｓ、及び絶対舵角θｆの各角度信号が、車内通信回線を通じて運転支援制御ユニット３１に出力される。

運転支援制御ユニット３１の自己診断部３１ａにおいて、舵角センサ１１に設けられている検出部１１ａ，１１ｂの何れかの失陥を検出した場合、第１実施形態と同様、最新の絶対舵角θｆ(n-1)に、正常な検出部１１ａ（或いは１１ｂ）で検出した舵角θｐ（或いはθｓ）を加算して、失陥時における最新の絶対舵角θｆを求める。

運転支援制御ユニット３１は、自己診断部３１ａが両検出部１１ａ，１１ｂの何れかの失陥を検出した場合、この自己診断部３１ａで求めた最新の絶対舵角θｆを利用して、上述した各制御機能を実行する。

尚、自己診断部３１ａで実行する自己診断ルーチン、及びセンサ失陥時絶対舵角演算ルーチンは、上述した第１実施形態での処理と同一であるため詳細な説明を省略する。

運転支援制御ユニット３１に備えられている自己診断部２１で操舵角センサ１１からの角度信号θｐ，θｓ，θｆを監視するようにしたので、その分、操舵角センサ１１の部品構成を簡略化することができる。従って、本実施形態は自己診断機能が備えられていない操舵角センサに対しても適用することができる。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、
１ａ…ステアリングシャフト、
１ｂ…ステアリングホイール、
１ｃ…プライマリギヤ、
１ｄ…セカンダリギヤ、
１１…操舵角センサ、
１１ａ…プライマリ検出部、
１１ｂ…セカンダリ検出部、
１１ｃ…絶対舵角演算部、
１１ｄ…インターフェース回路、
２１，３１ａ…自己診断部、
３１…運転支援制御ユニット、
３２…警報ユニット、
Ｆθｐ…プライマリ失陥判定フラグ、
Ｆθｓ…セカンダリ失陥判定フラグ、
θｆ…絶対舵角、
θｐ…プライマリ舵角、
θｓ…セカンダリ舵角

Claims (4)

1. ステアリングシャフトの回転から相対舵角を異なる位相で検出する２つの相対舵角検出部、及び前記各相対舵角検出部で検出した前記相対舵角の位相差から絶対舵角を求める絶対舵角演算部を有する操舵角センサと、
   前記絶対舵角演算部から前記絶対舵角を示す角度信号が出力されているか否かを調べる診断部と
   を備え、
   前記診断部は、自己診断処理部とセンサ失陥時絶対角演算部とを備え、
   前記自己診断処理部は、
   最新の前記絶対舵角を保持する絶対舵角保持部と、
   前記絶対舵角演算部から前記絶対舵角を示す角度信号が出力されていないと判定した場合、前記２つの相対舵角検出部の何れから前記相対舵角が出力されているかを調べる相対舵角出力検出部と、
   前記相対舵角出力検出部で前記２つの相対舵角検出部の一方から前記相対舵角が出力されていると判定された場合、警報指令を出力する警報指令出力部と
   を有し、
   前記センサ失陥時絶対角演算部は、
   前記相対舵角出力検出部で前記２つの相対舵角検出部の一方から前記相対舵角が出力されていると判定された場合、前記絶対舵角保持部に保持されている最新の前記絶対舵角に、出力されている該相対舵角を加算して最新の前記絶対舵角を更新する失陥時絶対舵角算出部
   を備える操舵角検出装置において、
   警報ユニットを更に備え、
   前記警報ユニットは、前記警報指令出力部が警報指令を出力した場合に、運転者に報知すると共に、前記絶対舵角を利用して運転者の運転操作を支援する運転支援制御部における車速の上限を規制する
   ことを特徴とする操舵角検出装置。
2. 前記診断部は、前記操舵角センサに設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の操舵角検出装置。
3. 前記診断部は、前記絶対舵角を利用して運転者の運転操作を支援する運転支援制御部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の操舵角検出装置。
4. 前記診断部は、前記運転支援制御部に設けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の操舵角検出装置。

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