JP3577190B2

JP3577190B2 - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP3577190B2
Application number: JP6662597A
Authority: JP
Inventors: 裕川口; 秀起東頭
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JPH10258757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵ハンドルの回動に応じて転舵輪を転舵させる操舵制御装置に関し、特に、操舵ハンドルに結合した操舵軸と転舵輪を転舵させる転舵機構とが機械的に分離され、これらの連結機構を電気的制御装置で置換した操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の操舵制御装置の一例を図４に示す（特開平２−８５０５９）。操舵ハンドル１０２を取り付けた操舵軸１０１には、モータを主要素とする反力機構１０４が設けられており、この反力機構１０４によって操舵軸１０１を回転駆動することで操舵ハンドル１０２に操舵反力が付与される。また、操舵軸１０１には、操舵ハンドル１０２の操舵角を検出する操舵角センサ１０３が設けられており、この操舵角センサ１０３の検出結果はコントローラ１００に与えられる。転舵用のモータ１０５の回転は、減速機１０６を介してピニオン１０７に伝達され、このピニオン１０７と噛合したラック軸１０８が軸方向に変位駆動され、転舵輪１０９が転舵される。ラック軸１０８の変位量は転舵角センサ１１０によって検出され、その検出結果がコントローラ１００に与えられる。そして、コントローラ１００では、操舵角センサ１０３で検出された操舵角と、転舵角センサ１１０の検出結果から得られる実転舵角とが一致するように、モータ１０５のフィードバック制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の操舵制御装置では、操舵角センサ１０３の検出結果に基づいて、転舵輪１０９の転舵角を制御しているため、実操舵角に一致した正確な検出結果が得られない場合には、正確な転舵制御が困難になるおそれがあった。また、故障等によって操舵角センサ１０３から異常な検出値が出力されるような場合には、転舵制御ができないおそれもあった。
【０００４】
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、操舵角センサに故障等が発生した場合にも、転舵制御が困難となる事態を回避し、継続して転舵制御を実施することができる操舵制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、操舵ハンドルの操舵角を検出する第１、第２及び第３の操舵角検出手段と、第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差の変化速度をもとに操舵ハンドルの操舵角を判定する操舵角判定手段と、操舵角判定手段で判定された操舵角をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、転舵輪の転舵量が目標制御量となるように転舵手段を駆動制御する転舵制御手段とを備えて構成する。
【０００８】
第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された操舵角が略一致する場合には、任意の２つの操舵角検出手段で検出された操舵角の偏差の変化速度も略一致する。ここで、第１の操舵角検出手段に故障等が発生しているとすると、第２と第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差の変化速度がゼロに近い値となり、第１と第２、及び、第１と第３の２組の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差の変化速度は、ゼロから離れた値を示す。操舵角判定手段では、このように操舵角の偏差の変化速度がゼロから離れた値を示した際に、この２組の双方に検出結果が含まれる操舵角検出手段を故障と判別し、残る２つの操舵角検出手段の検出結果をもとに操舵角を判定する。なお、偏差の変化速度をもとに判定することにより、生じた偏差が小さい状況であっても、その偏差の変化速度が大であれば、早期に故障を判別することがでる。
【０００９】
請求項２にかかる操舵制御装置は、操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、操舵ハンドルの操舵角を検出する第１、第２及び第３の操舵角検出手段と、第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差とこの偏差の変化速度とをもとに操舵ハンドルの操舵角を判定する操舵角判定手段と、操舵角判定手段で判定された操舵角をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、転舵輪の転舵量が前記目標制御量となるように転舵手段を駆動制御する転舵制御手段とを備えて構成する。
【００１０】
第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された操舵角が略一致する場合には、任意の２つの操舵角検出手段で検出された操舵角の偏差やこの偏差の変化速度も略一致する。ここで、第１の操舵角検出手段に故障等が発生しているとすると、第２と第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差とその偏差の変化速度がゼロに近い値となり、第１と第２、及び、第１と第３の２組の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差とその偏差の変化速度は、ゼロから離れた値を示す。操舵角判定手段では、このように操舵角の偏差と偏差の変化速度がゼロから離れた値を示した際に、この２組の双方に検出結果が含まれる操舵角検出手段を故障と判別し、残る２つの操舵角検出手段の検出結果をもとに操舵角を判定する。なお、検出された操舵角の偏差とその偏差の変化速度との双方に基づいて判定することにより、より正確にしかも早期に故障を判別することができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
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Ａ、車輪を操向させるスレーブ部Ｂ、及び、マスタ部Ａとスレーブ部Ｂとを電気的に制御する制御部Ｃで構成される。
【００１３】
マスタ部Ａは、操舵ハンドル１が取り付けられた操舵軸２と、操舵軸２を回転駆動する操舵軸モータ３とを備えると共に、操舵軸２には、操舵ハンドル１の実操舵角Θを検出するための３つの操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃと、操舵力Ｔを検出するための操舵力センサ５を設けている。
【００１４】
スレーブ部Ｂは、転舵軸１３を変位駆動する際の駆動源となる転舵軸モータ１１を備えており、この転舵軸モータ１１と転舵軸１３との間には、転舵軸モータ１１の回転運動を直線運動に変換して転舵軸１３を軸方向に変位させる変換器１２を設けている。転舵軸１３の両端は、それぞれタイロッド１５ａ，１５ｂ及びナックルアーム１６ａ，１６ｂを介して操向車輪１４ａ，１４ｂに各々接続されており、転舵軸１３が軸方向に沿って変位することで、その変位量及び変位方向に応じて、各操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵がなされる機構となっている。タイロッド１５ａ，１５ｂには、左右の操向車輪１４ａ，１４ｂからそれぞれタイロッド１５ａ，１５ｂに付与される軸力（転舵反力）を検出する転舵反力センサ１８ａ，１８ｂが取り付けられている。また、転舵軸１３には、この転舵軸１３の変位量を検出する転舵変位量センサ１７が設けられており、転舵軸１３の変位量を転舵変位量センサ１７で検出することで、操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量が検知できる。
【００１５】
制御部Ｃは操舵角判定回路２７を備えており、この操舵角判定回路２７では、後に詳述するように、３つの操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃでそれぞれ検出された操舵角Θ１、Θ２、Θ３の値をもとに操舵ハンドル１の実操舵角Θを判定している。
【００１６】
操舵角判定回路２７の判定結果は目標制御量演算器２５に与えられ、目標制御量演算器２５では、転舵制御、すなわち実操舵角Θに対応するように操向車輪１４ａ，１４ｂを転舵させる際の目標となる目標制御量θが演算される。また、転舵変位量センサ１７の検出結果は転舵変位量演算器２２に与えられ、転舵変位量演算器２２は、この転舵変位量センサ１７の検出結果をもとに転舵軸１３の変位量を転舵変位量Ｘとして求めると共に、転舵変位量Ｘに比例する制御量ｂＸ（ｂは操舵変位ギヤ比に相当する係数）を出力する。目標制御量演算器２５で演算された目標制御量θと転舵変位量演算器２２で演算された制御量ｂＸとは、ともに転舵軸モータ制御回路２６に与えられる。転舵軸モータ制御回路２６は、与えられた目標制御量θと制御量ｂＸとをもとに、操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵量が目標制御量θとなるように転舵軸モータ１１の駆動制御を行う。すなわち、転舵軸１３の制御変位量Ｍｓを下記の（１）式によって算出し、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号を転舵軸モータ１１に出力する。なお、（１）式中、Ｇｓは転舵制御信号のゲインを示すゲイン係数である。
【００１７】
Ｍｓ＝Ｇｓ・（θ−ｂＸ） …（１）
一方、操舵ハンドル１に付与された操舵力は操舵力センサ５によって検出され、その検出結果は操舵力演算器２３に与えられる。操舵力演算器２３は、操舵力センサ５の検出結果をもとに操舵軸２に付与された操舵力Ｔを演算すると共に、操舵力Ｔが付与された方向に操舵軸２を回転させるための制御量ａＴ（ａは操舵力ギヤ比に相当する係数）に応じた制御量信号を出力する。また、転舵に伴って転舵軸１３に付与される転舵反力は転舵反力センサ１８ａ，１８ｂによって検出され、その検出結果は転舵反力演算器２４に与えられる。転舵反力演算器２４は、転舵反力センサ１８ａ，１８ｂの検出結果をもとに転舵軸１３に付与された転舵反力Ｆを演算する。操舵力演算器２３で演算された制御量ａＴと転舵反力演算器２４で演算された転舵反力Ｆとは、ともに操舵軸モータ制御回路２１に与えられる。操舵軸モータ制御回路２１は、与えられた制御量ａＴと転舵反力Ｆとをもとに、操舵軸モータ３の回転制御量Ｍｍを下記の（２）式によって算出し、回転制御量Ｍｍに応じた反力制御信号を操舵軸モータ３に出力する。なお、（２）式中、Ｇｍは出力信号のゲインを示すゲイン係数である。
【００１８】
Ｍｍ＝Ｇｍ・（ａＴ−Ｆ） …（２）
ここで、前述した操舵角判定回路２７で実施される操舵角の判定処理について、図２のフローチャートをもとに説明する。なお、このフローチャートは、イグニッションスイッチがオンされることで開始され、所定時間毎（例えば、２ｍｓｅｃ．）に実行される。
【００１９】
まず、ステップ１００（以下、「ステップ」を「Ｓ」と記す）において、３つの操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃでそれぞれ検出された各操舵角Θ１、Θ２、Θ３の値を読み込む。
【００２０】
続くＳ１０２において、下記に示すように、検出された各操舵角のうち、いずれか２つの操舵角の偏差（絶対値）とその偏差の変化速度（絶対値）との和として求められるＶ１，Ｖ２，Ｖ３の値をそれぞれ演算する。
【００２１】
Ｖ１＝｜Θ１−Θ２｜＋｜ｄ（Θ１−Θ２）／ｄｔ｜
Ｖ２＝｜Θ２−Θ３｜＋｜ｄ（Θ２−Θ３）／ｄｔ｜
Ｖ３＝｜Θ３−Θ１｜＋｜ｄ（Θ３−Θ１）／ｄｔ｜
上式中、右辺第１項となる偏差の項では、該当する操舵角センサで検出された操舵角がほぼ一致する場合には操舵角の偏差はゼロに近い値となるが、一方の操舵角センサに故障等が発生している場合にはこの偏差はゼロから離れた値を示す。また、右辺第２項となる偏差の変化速度（偏差の微分値）の項を含めることで、第１項の偏差が小さい場合にもその変化速度が大であれば大きな値を示すこととなり、故障等が発生した操舵角センサを早期に判別することができる。例えば、検出値Θ１の値が異常値の場合には、Θ１を含むＶ１及びＶ３の値が所定の判定基準値Ａよりも大となり、検出値Θ２の値が異常値の場合には、Θ２を含むＶ１及びＶ２の値が所定の判定基準値Ａよりも大となり、検出値Θ３の値が異常値の場合には、Θ３を含むＶ２及びＶ３の値が所定の判定基準値Ａよりも大となる。従って、判定基準値Ａより大となったＶの演算式中に共通に検出結果が含まれる操舵角センサに異常があることが分かる。
【００２２】
従って、右辺第１項と第２項との和として演算されるＶ１，Ｖ２又はＶ３の値が、所定の判定基準値Ａより大であれば、判定基準値Ａより大となったＶの演算式中に共通に含まれる検出結果に異常があることが分かる。
【００２３】
そこで、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８において、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値を判定基準値Ａと比較し、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の値が全て判定基準値Ａ以下の場合には（Ｓ１０４、Ｓ１０６及びＳ１０８で「Ｎｏ」）、Ｓ１１０で全ての操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃが正常に機能していると判別し、Ｓ１１２で舵角演算（Θ１＋Θ２＋Θ３）／３を行う。その演算結果を操舵ハンドル１の実操舵角Θとして判定し、このルーチンを終了する。
【００２４】
また、Ｖ２とＶ３が判定基準値Ａより大である場合には（Ｓ１０６で「Ｙｅｓ」、Ｓ１１４で「Ｙｅｓ」）、Ｖ２とＶ３の双方の演算式中に含まれる操舵角Θ３の値に異常があると判別し（Ｓ１１６）、この場合には、Ｓ１１８において舵角演算（Θ１＋Θ２）／２を行い、その演算結果を操舵ハンドル１の実操舵角Θとして判定し、このルーチンを終了する。
【００２５】
また、Ｖ１とＶ３が判定基準値Ａより大である場合には（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」、Ｓ１２０で「Ｎｏ」、Ｓ１２２で「Ｙｅｓ」）、Ｖ１とＶ３の双方の演算式中に含まれる操舵角Θ１の値に異常があると判別し（Ｓ１２４）、この場合には、Ｓ１２６において舵角演算（Θ２＋Θ３）／２を行い、その演算結果を操舵ハンドル１の実操舵角Θとして判定し、このルーチンを終了する。
【００２６】
また、Ｖ１とＶ２が判定基準値Ａより大である場合には（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」、Ｓ１２０で「Ｙｅｓ」、Ｓ１２８で「Ｎｏ」）、Ｖ１とＶ２の双方の演算式中に含まれる操舵角Θ２の値に異常があると判定し（Ｓ１３０）、この場合には、Ｓ１３２において舵角演算（Θ１＋Θ３）／２を行い、その演算結果を操舵ハンドル１の実操舵角Θとして判定し、このルーチンを終了する。
【００２７】
なお、Ｓ１０８で「Ｙｅｓ」の場合にはＶ３の演算結果のみが判定基準値Ａより大となり、同様にＳ１１４で「Ｎｏ」の場合にはＶ２の演算結果のみが、またＳ１２２で「Ｎｏ」の場合にはＶ１の演算結果のみが、それぞれ判定基準値Ａより大となる。前述したように、通常、１つの操舵角センサに異常がある場合には、必ず２つのＶ演算の結果が判定基準値Ａより大となるため、このような場合には、各操舵角センサの検出結果は正常であり、ノイズの影響等により誤演算が行われたものとみなす（Ｓ１３４、Ｓ１３６）。そして、検出された各操舵角の値をもとに舵角演算（Θ１＋Θ２＋Θ３）／３を行い、その演算結果を操舵ハンドル１の実操舵角Θとして判定する（Ｓ１１２、Ｓ１３８）。
【００２８】
また、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のいずれもが判定基準値Ａより大である場合には（Ｓ１０４で「Ｙｅｓ」、Ｓ１２０で「Ｙｅｓ」、Ｓ１２８で「Ｙｅｓ」）、全ての操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃに異常があると判定して（Ｓ１４０）、舵角判定制御を中止し（Ｓ１４２）、予め定められた他の故障対処処理に移行する。
【００２９】
以上のような判断処理によって、操舵ハンドル１の実操舵角Θが判定される。
【００３０】
ここで、このように構成される操舵制御装置の動作を概略的に説明する。車両が直進している状態から操舵ハンドル１が回転されると、このとき３つの操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃで検出された操舵角Θ１、Θ２、Θ３の値をもとに、操舵角判定回路２７において操舵ハンドル１の実操舵角Θが判定される。この実操舵角Θをもとに目標制御量演算器２５で目標制御量θが演算されると、式（１）により制御変位量Ｍｓが生じ、転舵軸モータ制御回路２６からは、制御変位量Ｍｓに応じた転舵制御信号が出力される。この転舵制御信号を受けて転舵軸モータ１１が作動し、転舵軸１３が変位して操向車輪１４ａ，１４ｂが転舵される。この操向車輪１４ａ，１４ｂの実転舵量に対応する転舵変位量Ｘが転舵変位量演算器２２を介して転舵軸モータ制御回路２６に与えられ、前出の（１）式に基づいて転舵軸モータ１１のフィードバック制御がなされる。そして、θ≒ｂＸとなった時点で転舵軸モータ１１の動作が停止する。
【００３１】
一方、操向車輪１４ａ、１４ｂが転舵されると転舵反力Ｆが発生するため、操舵軸モータ制御回路２１には、この転舵反力Ｆを示す信号と操舵力Ｔに応じた制御量ａＴとが与えられ、前出の（２）式に基づいて操舵軸モータ３の駆動制御、すなわち操舵軸２に与えられる反力制御がなされる。そして、ａＴ≒Ｆとなった時点で操舵軸モータ３の動作が停止する。
【００３２】
この後、この反力を上回る操舵力Ｔで操舵ハンドル１を回すと、操舵軸２の回転角が増加するため目標制御量θも増加する。このため、（１）式における制御変位量Ｍｓが増加して転舵軸１３が変位駆動される。転舵軸１３が変位すると転舵反力Ｆが増大するため、（２）式における回転制御量Ｍｍが変化して、操舵反力が増大するように操舵軸モータ３が再び回転駆動される。この動作の繰り返しにより、操舵ハンドル１の操舵角に対応した操向車輪１４ａ，１４ｂの転舵角が得られると共に、転舵反力に応じた操舵反力が得られる。なお、操舵ハンドル１を戻す際にも同様に、操舵ハンドル１の戻し回転角に対応して操向車輪１４ａ、１４ｂの転舵角が追従すると共に、操舵ハンドル１の操舵力Ｔも転舵反力Ｆに対応して減少する。
【００３３】
以上説明した実施形態では、図２のＳ１０２において、Ｖ１等を求める演算式を、２つの操舵角の偏差とその偏差の変化速度との和として例示したが、図３（ａ）に示すように、Ｖ１等を求める演算式を操舵角の偏差の項のみとするか、或いは図３（ｂ）に示すように、操舵角の偏差の変化速度の項のみとしてもよい。
【００３４】
また、操舵角センサとして、３つの操舵角センサ４ａ，４ｂ，４ｃを備える構成を例示したが、この例に限定するものではなく、少なくとも３つ以上の操舵角センサを備えることで、前述したような舵角判定処理を実施できる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、転舵変位量センサ１７の出力をフィードバックすることにより転舵軸モータ１１の駆動制御を行う場合を例示したが、このようなフィードバック制御が行われる場合に限定するものではない。例えば、転舵軸モータ１１をステップモータで構成し、このステップモータの回転量を目標制御量θに応じて算出し、この算出結果に基づいてステップモータの回転を制御してもよく、このような場合には、フィードバック制御は不要となる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、各請求項にかかる操舵制御装置によれば、第１、第２及び第３の操舵角検出手段によって操舵ハンドルの操舵角をそれぞれ検出すると共に、操舵角判定手段によって、各操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差、各操舵角の偏差の変化速度、或いは各操舵角の偏差とこの偏差の変化速度とをもとに、操舵ハンドルの操舵角を判定するので、いずれかの操舵角センサに故障等が発生した場合にも、転舵制御が困難となる事態を回避し、継続して転舵制御を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本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】操舵角判定回路で行われる判定処理を示すフローチャートである。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図２で示したフローチャートのうち、Ｓ１０２で行う演算処理の他の実施形態を示す図である。
【図４】従来の操舵制御装置を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
Ａ…マスタ部、Ｂ…スレーブ部、Ｃ…制御部、１…操舵ハンドル、２…操舵軸、３…操舵軸モータ、４ａ、４ｂ、４ｃ…操舵角センサ、５…操舵力センサ、１１…転舵軸モータ、１３…転舵軸、１４ａ，１４ｂ…操向車輪（転舵輪）、２１…操舵軸モータ制御回路、２５…目標制御量演算器、２６…転舵軸モータ制御回路、２７…操舵角判定回路。

Claims

操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する第１、第２及び第３の操舵角検出手段と、前記第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差の変化速度をもとに前記操舵ハンドルの操舵角を判定する操舵角判定手段と、前記操舵角判定手段で判定された操舵角をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、前記操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、前記転舵輪の転舵量が前記目標制御量となるように前記転舵手段を駆動制御する転舵制御手段とを備える操舵制御装置。
操舵ハンドルの回動に連動して転舵輪を転舵させる操舵制御装置において、
前記操舵ハンドルの操舵角を検出する第１、第２及び第３の操舵角検出手段と、前記第１、第２及び第３の操舵角検出手段で検出された各操舵角の偏差とこの偏差の変化速度とをもとに前記操舵ハンドルの操舵角を判定する操舵角判定手段と、前記操舵角判定手段で判定された操舵角をもとに転舵制御の目標となる目標制御量を演算する目標制御量演算手段と、前記操舵ハンドルと機械的に分離され、転舵輪に連結された転舵手段と、前記転舵輪の転舵量が前記目標制御量となるように前記転舵手段を駆動制御する転舵制御手段とを備える操舵制御装置。