JPWO2008146850A1 - 車両制御システム及び車両制御システムにおける異常判定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
。
2L、2R 後輪
3 操向ハンドル
30R、30L アクチュエータ(第1及び第2のアクチュエータ)
31L、31R 電動機
33 減速機構
35 送りねじ部
37 トー角変更制御ECU(制御手段、又は制御装置)
37a 主演算部
37bL、37bR 電動機駆動回路
37c 副演算部
38L、38R ストロークセンサ(作動状態検知手段、又は作動状態検知センサ)
71 目標トー角演算部
73 異常時目標トー角設定部
81L、81R 減算器
82L、82R F/B制御部
83L、83R 電動機制御信号生成部
85 作動状態判定部(判定手段、又は判定部)
85a 判定テーブル
100 操舵システム(車両制御システム)
120L、120R トー角変更装置
130 操舵制御ECU(制御手段、又は制御装置)
130a 電動パワステアリング制御部
SFS 前輪転舵角センサ
SH 操作角センサ
SV 車速センサ
本発明の実施形態を図1から図6を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施形態に係る車両制御システムの1例である操舵システムを備えた四輪自動車の全体概念図であり、図2は電動パワーステアリング装置の構成図である。
ここでトー角変更制御ECU37と操舵制御ECU130とは本発明の制御手段、又は制御装置に対応する。
電動パワーステアリング装置110は、図2に示すように操向ハンドル3が設けられたメインステアリングシャフト3aと、シャフト3cと、ピニオン軸7とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)3bによって連結され、又、ピニオン軸7の下端部に設けられたピニオンギア7aは、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9、9を介して左右の前輪1L、1Rが連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置110は、操向ハンドル3の操作時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9、9は転舵機構を構成する。
なお、ピニオン軸7はその上部、中間部、下部を軸受3d、3e、3fを介してステアリングギアボックス6に支持されている。
すなわち、ウォームギア5aとウォームホイールギア5bとで減速機構が構成されている。又、電動機4の回転子と電動機4に連結されてているウォームギア5aとウォームホイールギア5bとピニオン軸7とラック軸8とラック歯8aとタイロッド9、9等により、ステアリング系が構成されている。
そして、操舵システム100の操舵制御ECU130は、後記する電動パワーステアリング制御部130a(図5参照)を有しており、この電動パワーステアリング制御部130aは、電動パワーステアリング装置110の機能部である電動機4を駆動制御する。
又、電動機駆動回路23は図示しないホール素子を用いて3相の電動機電流を検出する機能を備えている。
なお、以下では、車速信号VSを単に車速VSと称する。
操舵制御ECU130の機能構成については、電動パワーステアリング装置110の制御とトー角変更装置120L、120Rの制御とをまとめて後記する。
次に、図3、図4を参照しながらトー角変更装置の構成を説明する。
図3は左後輪側のトー角変更装置の平面図であり、図4はトー角変更装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。
トー角変更装置120L、120Rは、車両の左右の後輪2L、2Rにそれぞれ取り付けられるものであり、図3では、左後輪2Lを例にとりトー角変更装置120Lを示している。トー角変更装置120Lは、アクチュエータ30L、ストロークセンサ38Lを備えている。
なお、図3は、左側の後輪2Lのみを示しているが、右側の後輪2Rについても同様(対称)にして取り付けられている。右側の後輪2Rに対しては、トー角変更装置120R、アクチュエータ30R、ストロークセンサ38Rと読み替える。ここでストロークセンサ38L、38Rが本発明の作動状態検知手段、又は作動状態検知センサに対応する。
トレーリングアーム13は、クロスメンバ12に装着される車体側アーム13aと、後輪2Lに固定される車輪側アーム13bとが、ほぼ鉛直方向の回動軸13cを介して連結されて構成されている。これにより、トレーリングアーム13が車幅方向へ変位することが可能となっている。
電動機31Lは、正逆両方向に回転可能なブラシモータやブラシレスモータ等で構成されている。
減速機構33は、例えば、2段のプラネタリギア(図示せず)等が組み合わされて構成されている。
送りねじ部35は、減速機構33及び電動機31Lとともに細長形状のほぼ円筒形状のケース本体34内に収容されている。又、ケース本体34の送りねじ部35側にはブーツ36がケース本体34の端部とロッド35aの端部との間を蓋うように取り付けられており、ケース本体34の端部から露出したロッド35aの外周面に埃や異物が付着したり、ケース本体34の内部に外部から埃や異物や水が侵入しないようなっている。
例えば、ダブルウイッシュボーン式サスペンションのサイドロッドや、ストラット式サスペンションのサイドロッドに前記アクチュエータ30Lを組み込むことによっても実現できる。右側の後輪2Rに対しては、図4において、アクチュエータ30L、電動機31L、ストロークセンサ38Lをアクチュエータ30R、電動機31R、ストロークセンサ38Rと読み替える。
トー角変更制御ECU37には、車両に搭載された図示しないバッテリ等の電源から電力が供給される。又、操舵制御ECU130、電動機駆動回路23にも前記とは別系統でバッテリ等の電源から電力が供給される(図示せず)。
次に、図5を参照しながら操舵制御ECUの機能を説明する。
図5は操舵システムの操舵制御ECUとトー角変更制御ECUの概略制御機能構成図である。
操舵制御ECU130は、図示しないCPU、ROM、RAM等を備えるマイクロコンピュータ及び周辺回路等から構成されている。
図5に示すように操舵制御ECU130は、電動パワーステアリング装置110を制御する電動パワーステアリング制御部130aと、後輪2L、2Rのトー角の目標値を演算する目標トー角演算部71と、異常時目標トー角設定部73を備えている。
電動パワーステアリング制御部130aは、詳細な説明を省略するが、特開2002−59855号公報の図2に記載されているような電動機4を駆動制御するための目標電流信号を設定し、その信号をイナーシャ補正し、更にダンピング補正し、補正された目標電流を、電動機駆動回路の出力電流をフィードバック制御して、電動機駆動回路23にDUTY(DU、DV、DW)信号を出力する。
次に、図5を参照しながら目標トー角演算部について説明する。
目標トー角演算部71は、車速VSと、操向ハンドル3の操作角θHとから左右の後輪2L、2Rのそれぞれの目標トー角αTL、αTRを生成し、左右の後輪2L、2Rのそれぞれのトー角変更を制御するトー角変更制御ECU37に目標トー角αTL、αTRを入力する。この目標トー角αTL、αTRの生成は、予め左右の後輪2L、2Rごとに設定されたトー角テーブル71aを操作角θH、操作角θHの角速度ωH、車速VSとに基づいて参照することによって行なわれる。
なお、角速度ωHは目標トー角演算部71内で操作角θHを微分して求める。
例えば、次式(1)、(2)のように設定される。
αTL=KL(VS,ωH,θH)・θH ・・・・(1)
αTR=KR(VS,ωH,θH)・θH ・・・・(2)
ここで、KL(VS,ωH,θH)、KR(VS,ωH,θH)は車速VS、操作角θH及び角速度ωHに依存する前後輪操舵比であり、後輪の目標トー角αTL、αTRが、車速が所定の低速の範囲では、操向ハンドル3の操作角θHに応じて後輪2L、2Rが逆相に、小回りがしやすいように各後輪の目標トー角αTL、αTRが生成される。
しかし、前記所定の低速の範囲を超える高速の範囲で、角速度ωHの絶対値が所定の値を超えるか、又は、操作角θHが左右の所定の範囲を超える大きな操作角θHの場合は、操作角θHに応じた逆相に各後輪の目標トー角αTL、αTRが設定される。
なお、目標トー角演算部71で生成される目標トー角αTL、αTRは、旋回安定性の観点から必ずしもアッカーマン・ジャントのジオメトリに従う必要はない。又、操作角θHが0°のとき目標トー角αTL、αTRが、それぞれ、例えば、2°のトーインの設定になっていても良い。
次に、図5を参照しながら異常時目標トー角設定部について説明する。
異常時目標トー角設定部73は、目標トー角演算部71から目標トー角αTL、αTRの信号を入力され、トー角変更制御ECU37の後記する作動状態判定部(判定手段、又は判定部)85から異常状態検知信号を入力される。異常時目標トー角設定部73は、異常状態検知信号が入力されたとき、あらかじめ設定された異常時の目標トー角αSL、αSRを目標トー角演算部71に入力して、トー角変更制御ECU37にその異常時の目標トー角αSL、αSRを目標トー角として出力させると共に、車速VSと操作角θHに応じた後輪トー角制御を中止させる。
次に、図6を参照しながらトー角変更制御ECUの詳細な構成を説明する。図6はトー角変更装置のトー角変更制御ECUの制御機能のブロック構成図である。
トー角変更制御ECU37は、電子装置的な構成としては、2つのCPU、RAM、ROM等を備えるマイクロコンピュータ及び周辺回路等と、電動機駆動回路37bL、37bRを含んでいる。そして、前記2つのCPUは機能ブロック的には図6に示す主演算部37aと副演算部37cに対応し、それぞれはあらかじめ前記ROMに記憶されたプログラムを実行する。
主演算部37aはアクチュエータ30L、30R、つまり電動機31L、31Rを個別に駆動制御する機能を有している。そのために主演算部37aは、電動機31Lを制御するため減算器81Lと、フィードバック制御部(以下、F/B制御部)82Lと、電動機制御信号生成部83Lとを含み、電動機31Rを制御するため減算器81Rと、F/B制御部82Rと、電動機制御信号生成部83Rとを含んでいる。
副演算部37cは作動状態判定部85を含んでいる。
ストロークセンサ38Lからの実トー角αLと、操舵制御ECU130の目標トー角演算部71からの目標トー角αTLとが減算器81Lに入力される。減算器81Lは偏差信号を算出して、それをF/B制御部82Lに入力する。F/B制御部82Lは、偏差信号に所定のゲイン定数を乗じて目標電流信号を生成して、電動機制御信号生成部83Lに出力する。ここで、目標電流信号とは、アクチュエータ30Lを作動量(後輪2Lを所望のトー角αTLにする伸縮量)に設定するのに必要な電動機31Lへの電力を供給するための電流信号である。
電動機制御信号生成部83Lは、F/B制御部82Lから目標電流信号を受けて電動機駆動回路37bLに電動機制御信号を出力する。この電動機制御信号は、電動機31Lに供給する電流値と電流を流す方向を含む信号である。電動機駆動回路37bLは、FET(FieldEffect Transistor)のブリッジ回路等で構成され、電動機制御信号に基づいて電動機31Lに電動機電流を供給する。
この判定方法については後記する。
ステップS11では、作動状態判定部85は、初期設定としてIFLAG=0、カウンタn=0、タイマt=0のリセットを行なう。ここで、IFLAGは後輪トー角αTL、αTRの組み合わせが後記する動作許可範囲の中に含まれていないと一度判定されて所定の経過時間T0以内の状態か否かを判別するフラグであり、カウンタnは、その状態で後輪トー角αTL、αTRの組み合わせが動作許可範囲の中に含まれていないとの繰り返し判定が何回あったかを示すカウンタであり、タイマtは後輪トー角αTL、αTRが動作許可範囲の中に含まれていないと一度判定されてからの経過時間を計時するタイマである。
この動作許可範囲は、ROMにあらかじめ記憶された判定テーブル85aのデータに基づき、車速VSに応じて図8の(b)に示す動作許可範囲Rpを次のように計算する。まず、図8の(a)に示すように左右の後輪のトー角αL、αRを左方向を正、右方向を負と定め、図8の(b)に示すように左後輪トー角(実トー角)αLを縦軸に、右後輪トー角(実トー角)αRを横軸に取る。そして、原点Oを通り第1象限と第2象限において右斜め上方から左斜め下方に延びる、右後輪トー角αR(+)軸に対して45°をなす一点鎖線で示す直線Aを中心にして、所定の距離LAだけ等しく両側に取ったバンドWAを設定する。更に、原点Oを通り第3象限と第4象限において左斜め上方から右斜め下方に延びる、右後輪トー角αR(+)軸に対して135°をなす一点鎖線で示す直線Bを中心にして、所定の距離LBだけ等しく両側に取ったバンドWBを設定する。この、所定の距離LAは車速VSが大きくなるに従い矢印Xに示すように小さくすると共に、所定の距離LBも車速VSが大きくなるに従い矢印Yに示すように小さくする。そして、バンドWAとバンドWBの重なる領域が車速VS(所定の車両挙動)により決まる動作許可範囲Rpである。
なお、動作許可範囲Rpは、請求項に記載の発明の基準値に対応する。
ここで、バンドWAの直線Aから一定の距離LA離れた両側の直線の内、左斜め上方の平行直線A1はαL−αR=β0に対応し、右斜め下方の平行直線A2はαL−αR=−β0に対応する。バンドWBの直線Bから一定の距離LB離れた両側の直線の内、右斜め上方の平行直線B1はαL+αR=α0に対応し、左斜め下方の平行直線B2はαL+αR=−α0に対応する。β0はα0以下の正の数値である。
図8の(c)については、動作許可範囲Rpの別の設定方法の説明図であり、その説明は後記する。
ここでは、動作許可範囲Rpの中に含まれているとしてステップS19に進むこととする。
ステップS19では、作動状態判定部85はタイマtが所定の経過時間T0以上か否かをチェックする。タイマtが所定の経過時間T0以上の場合(Yes)はステップS20へ進み、そうでない場合(No)はステップS12へ戻り、処理を繰り返す。ここでは、タイマtはステップS11で初期条件としてリセットされたまま(タイマt=0)なので、ステップS12へ戻る。
ステップS16では、作動状態判定部85はIFLAG=1とし、更にステップS17へ進み、タイマtをスタートし、ステップS18へ進む。ステップS18では、作動状態判定部85はカウンタnを1つ増加させ、ステップS19へ進む。
ステップS21では、作動状態判定部85はIFLAG=0、カウンタn=0とし、タイマt=0とリセットしてステップS12へ戻り処理を繰り返す。
これは、アクチュエータ30L、30Rの目標トー角αTL、αTRに対する動作追随速度特性から一時的に後輪トー角αL、αRの組み合わせが動作許可範囲Rpの中に含まれていない場合がありうるので、最初に後輪トー角αL、αRの組み合わせが動作許可範囲Rpの中に含まれていないと判定されてから所定の経過時間T0中の繰り返し処理による後輪トー角αL、αRの組み合わせが動作許可範囲Rpの中に含まれていないと判定された回数をカウンタnによって数え、カウンタnの値が閾値N0未満の場合は、異常状態ではないとしてステップS21でリセットして、ステップS12へ戻り、繰り返し処理を続けるものである。
それを受けて、ステップS24では、目標トー角演算部71は、入力されたトー角αSL=−0.5°、αSR=+0.5°(所定の異常時の目標トー角)を主演算部37aに出力し、後輪トー角制御を中止する。このとき、運転者に後輪トー角制御故障の表示をして知らせても良い。
こうして、一連の処理が終了する。
動作許可範囲Rpの中に含まれていない場合でも、所定の経過時間T0内に閾値N0未満のカウンタnの計数のときは、アクチュエータ30L、30Rの追随速度特性の問題として、アクチュエータ30L、30Rが異常とは判定しない。
ちなみに、動作許可範囲Rpを設定する幅が車速VSが大きくなるに従い狭くなるようにしたので、高速走行においてアクチュエータ30L、30Rが故障して異常になれば、低速の場合より早い段階で異常であると作動状態判定部85において判定でき、高速状態でアクチュエータ30L、30Rの故障を運転者が知らないで運転を継続する時間を短くできる。
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
(1)作動状態判定部85における動作許可範囲Rp内に含まれるか否かの判定において、図8の(c)に示すように、読み込んだ実トー角αL、αRをそのまま使わず、αL+αRとαL−αRを演算して、その値が動作許可範囲Rp内に含まれるか否かを判定しても良い。この場合も図8の(c)における動作許可範囲Rpの左右の境界は、最小値−α0以上、最大値+α0以下の範囲で車速VSが大きくなるに従い矢印Xに示すように狭くなる。同様に、上下の境界は、最小値−β0以上、最大値+β0以下の範囲で車速VSが大きくなるに従い矢印Yに示すように狭くなる。
このようにすることにより、目標トー角演算部71において、車速VSと操作角θHとに応じて各トー角を独立で制御して、前輪と同相、前輪と逆相、トーイン状態、トーアウト状態の制御をしている場合の、それぞれに対して動作許可範囲Rpに入っているか否かをチェックして異常判定ができる。
(6)本発明の車両制御システムは本実施例の操舵システム100に限定されない。操作角θH、車速VS、車両のヨーレートを検出して、操作角θHと車速VSに応じてヨーモーメントを制御する制動力配分制御装置に対しても適用できる。その場合、各車輪に車輪速を検出する車輪速センサを設けて、各車輪の車輪速の値の組み合わせを、車速VSと操作角θHとに基づいて決まる基準値(動作許可範囲)と比較して判定し、旋回状態における左右の車輪速の値の組み合わせが車輪ブレーキの協調動作が適切に行なわれている範囲(動作許可範囲)内にあるか否かから、車輪ブレーキの異常や、車輪ブレーキへの油圧を供給、制御する油圧装置の異常の判定を行なうことができる。
Claims (9)
- 車両の旋回状態を制御する第1のアクチュエータと第2のアクチュエータとを含む車両制御システムにおいて、
前記第1及び第2のアクチュエータを制御する制御手段と、
前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態情報を検知する作動状態検知手段と、
該作動状態検知手段により取得された前記作動状態情報により前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態を判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、所定の車両挙動に対する前記第1及び第2のアクチュエータの作動範囲を定めた基準値を持ち、該基準値に基づき前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする車両制御システム。 - 前記第1及び第2のアクチュエータは車両に備わる左右の後輪のトー角をそれぞれ独立に変更するアクチュエータであり、
前記作動状態情報は左右の後輪の実トー角であり、
前記基準値は、車両の車速に応じて設定される前記左右の後輪のトー角の作動範囲であることを特徴とする請求項1に記載の車両制御システム。 - 前記判定手段は、車両の車速と前輪転舵角に基づいて、前記基準値を参照して、前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする請求項2に記載の車両制御システム。
- 車両の旋回状態を制御する第1のアクチュエータと第2のアクチュエータとを含む車両制御システムにおいて、
前記第1及び第2のアクチュエータを制御する制御装置と、
前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態情報を検知する作動状態検知センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記作動状態検知センサにより取得された前記作動状態情報により前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態を判定する判定部を有し、
前記判定部は、所定の車両挙動に対する前記第1及び第2のアクチュエータの作動範囲を定めた基準値を持ち、該基準値に基づき前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする車両制御システム。 - 前記第1及び第2のアクチュエータは車両に備わる左右の後輪のトー角をそれぞれ独立に変更するアクチュエータであり、
前記作動状態情報は左右の後輪の実トー角であり、
前記基準値は、車両の車速に応じて設定される前記左右の後輪のトー角の作動範囲であることを特徴とする請求項4に記載の車両制御システム。 - 前記判定部は、車両の車速と前輪転舵角に基づいて、前記基準値を参照して、前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする請求項5に記載の車両制御システム。
- 車両に備わる左右の後輪のトー角をそれぞれ独立に変更し、車両の旋回状態を制御する第1のアクチュエータ及び第2のアクチュエータと、前記第1及び第2のアクチュエータを制御する制御装置と、前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態情報を検知する作動状態検知センサと、を備える車両制御システムにおける異常判定方法であって、
前記制御装置が、
所定の車両挙動に対する前記第1及び第2のアクチュエータの作動範囲を定めた基準値を有し、
前記作動状態検知センサにより取得された前記作動状態情報と前記基準値に基づき、前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする車両制御システムにおける異常判定方法。 - 前記作動状態情報は左右の後輪の実トー角であり、
前記基準値は、車両の車速に応じて設定される前記左右の後輪のトー角の作動範囲であることを特徴とする請求項7に記載の車両制御システムにおける異常判定方法。 - 車両の車速と前輪転舵角に基づいて、前記基準値を参照して、前記第1及び第2のアクチュエータの作動状態の異常判定を行なうことを特徴とする請求項8に記載の車両制御システムにおける異常判定方法。
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