JP3551427B2

JP3551427B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP3551427B2
Application number: JP15701797A
Authority: JP
Inventors: 伸芳杉谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH111174A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的に非連結状態の操舵機構と転舵機構とを有し、これらの連動制御を電気的に行う操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような操舵制御装置における一般的な制御方法としては、操舵位置センサによって操舵ハンドルの実操舵位置を検出し、この検出結果を基に転舵輪の目標転舵位置を演算する。そして、転舵輪の実転舵位置を転舵位置センサで検出し、この実転舵位置が目標転舵位置に追従するように転舵制御を行っている。このため、例えば、転舵位置センサに故障が発生した場合には、転舵輪の実転舵位置を検出することが不可能となるため、転舵制御を継続することが困難となってしまう。
【０００３】
そこで、特開平５−１４７５５０号には、制御系に異常が発生した場合に、操舵ハンドルに反力を付与する操舵モータと転舵輪を転舵させる転舵モータとを電気的に接続することが開示されている。これは、操舵ハンドルと操舵モータのロータが連結されているため、操舵ハンドルを回転操作することで操舵モータが回転駆動される。これを利用して、制御系に故障が発生した際には、操舵モータを発電機として使用し、発電された電力を転舵モータに供給して、転舵輪を転舵駆動するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操舵ハンドルの回転操作によって電力を発生させるため、その発電量が操舵ハンドルの回転速度に応じて変化してしまう。このため、転舵モータを駆動させるために供給される電力は、操舵ハンドルの回転速度に応じて変化することになるので、操舵ハンドルの操舵位置に応じて転舵輪の転舵位置を制御することは、実質的に困難であった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、転舵輪の転舵位置を検出する転舵位置センサに故障が発生した際にも、継続して転舵制御を行い得る操舵制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１にかかる操舵制御装置は、機械的に非連結状態の操舵機構と転舵機構とを有し、これら操舵機構と転舵機構との連動制御を行う操舵制御装置において、操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段と、操舵ハンドルに付与する操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、転舵輪を転舵させる転舵力を発生する転舵力発生手段と、転舵輪の転舵位置を検出する転舵位置検出手段と、操舵位置と転舵位置との偏差に応じて、転舵力発生手段の駆動制御を行い、転舵輪の転舵位置を制御する第１制御手段と、転舵位置検出手段の故障を判定する故障判定手段と、転舵位置検出手段が故障と判定された場合に、第１制御手段による制御を中止し、操舵位置検出手段で検出された操舵位置に応じて、転舵力発生手段手段で発生する転舵力を制御する第２制御手段とを備えて構成する。
【０００７】
第１制御手段では、操舵位置と転舵位置との偏差に基づいて転舵輪の転舵位置を制御しているため、転舵位置検出手段に故障が発生した場合には、転舵位置制御の継続が困難な状態となる。この際には、操舵ハンドルを操作しても転舵がなされない状況となるが、このような場合には、通常、運転者は転舵させたい方向に更に操舵ハンドルを操作しようとする。本発明では、通常行われるこのような運転者の行動パターンを基に故障判定を行う。
【０００８】
また、転舵力発生手段で所定の転舵力を発生させた場合、転舵輪は転舵力とタイヤ反力とが釣り合う位置で静止することになる。このタイヤ反力は、転舵輪の転舵位置（転舵角）が増加するに連れて増加する傾向にあるため、操舵ハンドルの操舵位置（操舵角）の増加に伴って、発生する転舵力を増加させることで、ハンドル操作に追従するように、転舵輪の転舵位置を制御することができる。第２制御手段では、このようにして転舵位置検出手段が故障の際にも、転舵輪の転舵制御を継続して実施し、操舵が困難となる事態を回避する。
【０００９】
請求項２にかかる操舵制御装置では、請求項１にかかる操舵制御装置が車両の速度を検出する車速検出手段を更に備えており、第２制御手段は、操舵位置と車速に基づいて、転舵力発生手段で発生する転舵力を制御する。
【００１０】
タイヤ反力は、転舵輪の転舵位置と車速とに応じて変化するため、転舵力発生手段で発生する転舵力を、第２制御手段によって転舵位置と車速とを基に制御することで、車両の走行状態に合った操舵制御が可能となる。
【００１１】
請求項３にかかる操舵制御装置は、請求項１の故障判定手段が、操舵の負荷状態が所定の判定基準値より大となる状態が、一定の時間にわたり継続した場合に、転舵位置検出手段が故障であると判定する。
【００１２】
操舵制御が正常に実施されている状況では、操舵ハンドルの送り操作によって操舵の負荷状態が大となるが、希望の転舵位置に向かって転舵がなされるに連れて、操舵ハンドルの戻し操作が行われ、これに伴って操舵の負荷状態は次第に減少する。一方、転舵位置検出手段に故障が発生した場合には、転舵位置が操舵位置に追従するような制御が実施されないため、操舵の負荷状態が大となる状況が正常時に比べて長時間続くことになる。そこで故障判定手段では、故障判定の基準となる判定基準値を設け、操舵の負荷状態が判定基準値よりも大となる時間が一定時間継続した場合に、転舵位置検出手段が故障であると判定する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態につき、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１に本実施形態にかかる操舵制御装置の構成を概略的に示す。この操舵制御装置は、運転者が操作するマスタ部１０、車輪２１を転舵させるスレーブ部２０、マスタ部１０とスレーブ部２０との連動制御を電気的に実施するコントローラ３０で構成される。
【００１５】
マスタ部１０は、操舵ハンドル１１が取り付けられた操舵軸１２と、操舵軸１２を回転駆動することで操舵ハンドル１１に付与する操舵反力を発生する操舵軸モータ１３とを備えると共に、操舵軸１２には、操舵ハンドル１１の操舵位置を検出する操舵角センサ１４と、操舵ハンドル１１に付与される操舵トルクを検出するトルクセンサ１５とを備えている。
【００１６】
スレーブ部２０は、転舵軸２２を変位駆動する際の転舵力を発生する転舵軸モータ２３を備えており、この転舵軸モータ２３と転舵軸２２との間には、転舵軸モータ２３の回転運動を直線運動に変換して転舵軸２２を軸方向に沿って変位させる変換機２４を設けている。転舵軸２２には、この転舵軸２２の変位位置を検出するストロークセンサ２５が設けられており、転舵軸２２の変位位置と車輪２１の転舵位置が対応するため、転舵軸２２の変位位置をストロークセンサ２５で検出することで、車輪２１の転舵位置（転舵角）を検出している。
【００１７】
コントローラ３０には、操舵角センサ１４、トルクセンサ１５、ストロークセンサ２５の各検出結果の他に、車両の速度を検出する車速センサ１６の検出結果が与えられ、これらの検出結果を基に操舵軸モータ１３及び転舵軸モータ２３の駆動制御を行って、車輪２１の転舵位置制御及び操舵ハンドル１１に付与する反力制御を実施している。なお、操舵軸モータ１３及び転舵軸モータ２３は共に直流モータで構成しており、印加電圧のＤｕｔｙ値を制御することにより駆動制御を実施している。
【００１８】
以下に、コントローラ３０で実施する各制御処理について説明する。
【００１９】
車輪２１の転舵位置制御は以下のように実施している。操舵角センサ１４で検出された実操舵位置θｒと車速センサ１６で検出された車速Ｓとを基に、実操舵位置θｒに対応する車輪２１の目標転舵位置Ｘｍを演算する。そして、ストロークセンサ２５で検出された実転舵位置Ｘｒと演算された目標転舵位置Ｘｍとの偏差に基づき、転舵軸モータ２３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値Ｖ１を下記の（１）式によって演算し、演算されたＤｕｔｙ値に対応する制御信号を転舵軸モータ２３に出力する。なお、（１）式中、Ｋ１は制御信号のゲインを示すゲイン係数である。
Ｖ１＝Ｋ１・（Ｘｍ−Ｘｒ） …（１）。
【００２０】
また、操舵ハンドル１１に付与する反力の制御は次のように実施している。まず、ストロークセンサ２５で検出された実転舵位置Ｘｒと車速センサ１６で検出された車速Ｓを基に、実転舵位置Ｘｒに対応する操舵ハンドル１１の目標操舵位置θｍを演算する。そして、操舵角センサ１４で検出された実操舵位置θｒと演算された目標操舵位置θｍとの偏差に基づき、操舵軸モータ１３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値Ｖ２を下記の（２）式によって演算し、演算されたＤｕｔｙ値に対応する制御信号を操舵軸モータ１３に出力する。なお、（２）式中、Ｋ２は制御信号のゲインを示すゲイン係数である。
Ｖ２＝Ｋ２・（θｍ−θｒ） …（２）。
【００２１】
ストロークセンサ２５に故障が発生した場合には、車輪２１の実転舵位置Ｘｒが検出不能となるため、前述した（１）式、（２）式に基づく操舵制御が困難となる。このため、コントローラ３０は、ストロークセンサ２５が正常に機能しているか否かを判断する故障判定を実施している。
【００２２】
この故障判定は、トルクセンサ１５の検出結果となる操舵トルクＴと、操舵トルクＴが判定基準値Ｔｓよりも大となる継続時間に基づいて実施される。通常、運転者は、操舵ハンドル１１を回転操作したにも関わらず、車両の進路が変わらない場合には、操舵ハンドル１１をその方向に更に回転させようとする行動をとる。このように操舵ハンドル１１を操作した場合には、故障によって目標操舵位置θｍがいかなる値をとった場合にも、前述した（２）式において、目標操舵位置θｍと実操舵位置θｒとの偏差がより一層増大することになる。これにより、操舵軸モータ１３から発生される操舵反力が増大するので、この操舵反力の増大を、本実施形態では一例として、操舵トルクＴの増大として検出する。そして更に、正常時のハンドル操作と区別するため、操舵トルクＴが判定基準値Ｔｓよりも大となる時間が所定時間を越えて継続した場合に、ストロークセンサ２５に故障が発生したものと判定する。これは、操舵制御が正常に実施されている状況下では、実操舵位置θｒに追従するように実転舵位置Ｘｒが制御されるため、目標転舵位置Ｘｍと実転舵位置Ｘｒとの偏差は時間の経過と共に次第に減少するが、ストロークセンサ２５に故障が発生した場合には、追従制御が困難となり偏差が大となる状況が正常時に比べて長時間続くことに基づく。
【００２３】
コントローラ３０では、図２に示すフローチャートに沿ってストロークセンサ２５の故障判定を実施している。
【００２４】
図２のフローチャートは例えば６ｍｓｅｃ毎に起動され、まず、ステップ１０１（以下、ステップを「Ｓ」と記す）において、トルクセンサ１５で検出された操舵トルクＴが読み込まれると共に、タイマのカウント値ｔ（初期値：ゼロ）が読み込まれる。
【００２５】
続くＳ１０３では、読み込まれた操舵トルクＴが判定基準値Ｔｓよりも大であるかが判断され、操舵トルクＴが判定基準値Ｔｓよりも大である場合には（Ｓ１０３で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０５に進んで、タイマのカウント値ｔをインクリメントし、このカウント値ｔを記憶する。
【００２６】
続くＳ１０７では、記憶したタイマのカウント値ｔが予め設定された値ｔｓよりも大であるかが判断され、カウント値ｔがｔｓより大である場合には（Ｓ１０７で「Ｙｅｓ」）、Ｓ１０９に進み、ストロークセンサ２５に故障が発生したものと判定する。
【００２７】
一方、Ｓ１０３で操舵トルクＴが判定基準値Ｔｓ以下である場合には（Ｓ１０３で「Ｎｏ」）、Ｓ１１１に進み、その時のタイマのカウント値ｔをゼロにリセットした後、Ｓ１１３でストロークセンサ２５が正常であると判定し、このフローを終了する。また、Ｓ１０７において、タイマのカウント値ｔがｔｓ以下の場合にも（Ｓ１０７で「Ｎｏ」）、同様にＳ１１３に進み、ストロークセンサ２５が正常であると判定する。
【００２８】
以上のようにしてストロークセンサ２５の故障判定が実施されるが、Ｓ１０９で故障と判定された場合には、前述した（１）式、（２）式に基づく操舵制御は直ちに中止され、以下で説明する故障時の操舵制御に移行する。
【００２９】
ストロークセンサ２５の故障時における転舵制御は、操舵ハンドル１１の実操舵位置θｒと車速Ｓとを基に、転舵軸モータ２３で発生する転舵力を制御することにより実施する。転舵軸モータ２３から所定の転舵力を発生させると、車輪２１は、図３に示すように、転舵位置と車速に応じて決まるタイヤ反力と、発生した転舵力とが釣り合う位置まで転舵される。従って、車速Ｓと実操舵位置θｒとに応じた転舵力を転舵軸モータ２３から発生させることで、操舵ハンドル１１の実操舵位置θｒに対応するように、車輪２１の転舵位置を制御することが可能となる。
【００３０】
図４にストロークセンサ２５が故障の際に、コントローラ３０で実施される転舵制御のフローチャートを示す。
【００３１】
このフローチャートは例えば６ｍｓｅｃ毎に起動され、まず、Ｓ２０１で操舵角センサ１４で検出された実操舵位置θｒと車速センサ１６で検出された車速Ｓの値が読み込まれる。
【００３２】
続くＳ２０３で、読み込まれた実操舵位置θｒと車速Ｓを基に、転舵軸モータ２３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値を演算する。この場合、実操舵位置θｒと車速Ｓとに応じた印加電圧のＤｕｔｙ値を予めマップ化しておき、検出された実操舵位置θｒと車速Ｓに基づいて、転舵軸モータ２３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値をマップ検索してもよい。
【００３３】
そして、Ｓ２０５において、Ｓ２０３で求められたＤｕｔｙ値に対応する制御信号を転舵軸モータ２３に出力し、このフローを終了する。
【００３４】
このようにＳ２０１〜Ｓ２０５を繰り返し実施することで、ストロークセンサ２５が故障の際にも、正常時とほぼ同様に転舵制御を実施することが可能となる。
【００３５】
また、この際、操舵ハンドル１１に付与する反力の制御は、図５のフローチャートに沿って実施される。この場合、実操舵位置θｒと車速Ｓから求まるタイヤ反力に応じた操舵反力を、操舵ハンドル１１に付与するように制御される。
【００３６】
このフローチャートは例えば６ｍｓｅｃ毎に起動され、まず、Ｓ３０１で操舵角センサ１４で検出された実操舵位置θｒと車速センサ１６で検出された車速Ｓの値が読み込まれる。
【００３７】
続くＳ３０３で、読み込まれた実操舵位置θｒと車速Ｓを基に、この際に発生するタイヤ反力に相当する値を演算すると共に、演算された値に応じた操舵反力を操舵ハンドル１１に付与するように、操舵軸モータ１３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値を演算する。この場合、実操舵位置θｒと車速Ｓとに応じた印加電圧のＤｕｔｙ値を予めマップ化しておき、検出された実操舵位置θｒと車速Ｓに基づいて、操舵軸モータ１３に与える印加電圧のＤｕｔｙ値をマップ検索してもよい。
【００３８】
そして、Ｓ３０５において、Ｓ３０３で求められたＤｕｔｙ値に対応する制御信号を操舵軸モータ１３に出力し、このフローを終了する。
【００３９】
このようにＳ３０１〜Ｓ３０５を繰り返し実施することで、ストロークセンサ２５が故障の際にも、タイヤ反力に応じた操舵反力の制御を実施することが可能となる。
【００４０】
以上説明した実施形態では、実操舵位置θｒと車速Ｓとに基づいて、転舵軸モータ２３で発生する転舵力を制御する例を示したが、車速Ｓを考慮せず、実操舵位置θｒに基づいて転舵力を制御することも可能である。例えば図６に示すように、転舵軸モータ２３で発生する転舵力の大きさを実操舵位置θｒに比例させるなど、少なくとも、実操舵位置θｒに連れて転舵力が増加するように制御する。この場合、その際の車速Ｓに応じてタイヤ反力が増減するため、発生した転舵力とタイヤ反力とが釣り合って静止する車輪２１の転舵位置が車速Ｓに応じて変化することになる。しかし、通常、運転者は希望する転舵量が得られるように操舵ハンドル１１を操作するため、例えば、転舵量が不足していると感じた場合には更に操舵ハンドル１１の送り操作が行なわれ、転舵が行き過ぎたと感じた場合には操舵ハンドル１１の戻し操作が行われる。これにより転舵軸モータ２３で発生する転舵力が増減され、結果的に希望する転舵位置に転舵がなされる。
【００４１】
また、トルクセンサ１５で検出される操舵トルクの値を基に操舵の負荷状態を検知して、ストロークセンサ２５の故障を判定したが、この他にも、操舵軸モータ１３に与えられる印加電圧のＤｕｔｙ値、操舵軸モータ１３に流れる電流値、或いは、前述した（２）式における実操舵位置θｒと目標操舵位置θｍとの偏差などに基づいて、操舵の負荷状態を検知することもできる。この場合も同様に、検知された操舵負荷の大きさが所定の判定基準値よりも大となる時間が一定の時間にわたり継続した場合に、ストロークセンサ２５に故障が発生したものと判定する。
【００４２】
更に、操舵軸モータ１３によって操舵反力を発生させる場合を例示したが、この他にも、例えばバネ機構を利用することで、操舵ハンドル１１の操作量に応じ、操舵ハンドル１１の中立位置に向かうような操舵反力を発生させることができる。このように機械的な変位を利用して操舵反力を発生させた場合にも、本実施形態と同様の手法で、ストロークセンサ２５の故障判定を実施できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる操舵制御装置では、操舵位置に応じて転舵力を制御する第２制御手段を備えることで、転舵位置検出手段が故障の際にも、操舵ハンドルの実操舵位置に応じた転舵輪の転舵制御を継続することができ、これにより操舵が困難となる事態を回避することができる。
【００４４】
請求項２にかかる操舵制御装置では、更に車速検出手段を備え、第２制御手段によって、操舵位置と車速に基づいて転舵力を制御することとしたので、車両の走行状態を考慮した、より好適な操舵制御が可能となる。
【００４５】
請求項３にかかる操舵制御装置では、故障判定手段によって、負荷状態と時間とを基に故障判定を行うので、正常時のハンドル操作と区別でき、転舵位置検出手段の故障を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ストロークセンサの故障を判定するフローチャートである。
【図３】転舵位置とタイヤ反力との関係を示すグラフである。
【図４】ストロークセンサが故障時に実施する、転舵制御を示すフローチャートである。
【図５】ストロークセンサが故障時に実施する、反力制御を示すフローチャートである。
【図６】他の実施形態にかかる、実操舵位置と発生する転舵力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…マスタ部、１１…操舵ハンドル、１２…操舵軸、１３…操舵軸モータ、１４…操舵角センサ、１５…トルクセンサ、２０…スレーブ部、２１…車輪（転舵輪）、２２…転舵軸、２３…転舵軸モータ、２５…ストロークセンサ、３０…コントローラ。

Claims

機械的に非連結状態の操舵機構と転舵機構とを有し、これら操舵機構と転舵機構との連動制御を行う操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルの操舵位置を検出する操舵位置検出手段と、
前記操舵ハンドルに付与する操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、
前記転舵輪を転舵させる転舵力を発生する転舵力発生手段と、
前記転舵輪の転舵位置を検出する転舵位置検出手段と、
操舵位置と転舵位置との偏差に応じて、前記転舵力発生手段の駆動制御を行い、前記転舵輪の転舵位置を制御する第１制御手段と、
前記転舵位置検出手段の故障を判定する故障判定手段と、
前記転舵位置検出手段が故障と判定された場合に、前記第１制御手段による制御を中止し、前記操舵位置検出手段で検出された操舵位置に応じて、前記転舵力発生手段手段で発生する転舵力を制御する第２制御手段とを備える操舵制御装置。
車両の速度を検出する車速検出手段を更に備えており、
前記第２制御手段は、前記操舵位置と車速に基づいて、前記転舵力発生手段で発生する転舵力を制御する請求項１記載の操舵制御装置。
前記故障判定手段は、操舵の負荷状態が所定の判定基準値より大となる状態が、一定の時間にわたり継続した場合に、前記転舵位置検出手段が故障であると判定する請求項１記載の操舵制御装置。