JP5047279B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
この発明の実施例1に係る車両用操舵装置を図1に示す。
図1において、車両用操舵装置は、運転者が操舵するハンドル1と、ハンドル1に連結された電気的制御自在な副操舵角重畳機構2と、副操舵角重畳機構2に連結されたラックアンドピニオン方式の操舵機構3と、操舵機構3に連結されたナックルアーム4a、4bと、ナックルアーム4a、4bに連結された操向車輪5a、5bと、ハンドル1の操舵量(ハンドル角θH)を検出するハンドル角検出手段6と、ハンドル角θHに基づき目標副操舵角を設定する目標副操舵角設定手段7と、目標副操舵角設定手段7に接続された伝達特性設定手段8と、伝達特性設定手段8に接続された車両走行状態検出手段9と、副操舵角重畳機構2による副操舵角(回転角θM)を検出する副操舵角検出手段10と、ハンドル角および副操舵角に基づき目標電流を設定する目標電流設定手段11と、目標電流に基づき副操舵角重畳機構2の駆動電流を制御する電流制御手段12と、電流制御手段12に接続された短絡リレー13および駆動電源リレー15と、短絡リレー13および駆動電源リレー15を駆動する短絡リレー駆動手段14および駆動電源リレー駆動手段16と、短絡リレー駆動手段14および駆動電源リレー駆動手段16を制御するリレー制御手段17と、リレー制御手段17に接続された故障検出手段18および直進走行検出手段19とを備えている。
まず始めに、副操舵角重畳機構2のウォームギア211を回転させない状態について説明する。
ウォームギア211を回転させない場合には、第1の遊星ギア機構のリングギア204が固定されることになる。この状態で、運転者がハンドル1を操舵すると、ハンドル1の回転トルクは、第1の遊星ギア機構のサンギア201に伝達される。
ウォームギア211が回転すると、ウォームホィール205を介して、リングギア204が回転する。
ここでは、ハンドル1のハンドル角θHと、電動機212の回転角θMと、ピニオンギア301の回転角θpと、ウォームギア211からピニオンギア301への速度比Gsとを用いて説明する。ここで、上述したように、以下の式(1)が成り立ち、電気的に制御自在な副操舵角重畳機構2が構成される。
図2は目標操向角のハンドル角に対する特性を示す説明図であり、ハンドル角θHに対する目標操向角(目標転舵角、目標ピニオン角)θpREFの伝達特性f(θH)の一例を、車速に応じた値として示している。
図3は目標副操舵角のハンドル角に対する特性を示す説明図であり、ハンドル角θHに対する目標副操舵角θsREFの伝達特性f(θH)および機構特性の一例を、車速に応じた値として示している。
図2および図3は、上記式(2)から、以下の式(3)、式(4)により求めた結果を、それぞれ示している。
一方、副操舵角検出手段10は、副操舵角θsを検出し、目標電流設定手段11は、目標副操舵角θsREFおよび副操舵角(検出値)θsに基づいて、目標電流IREFを算出する。
図4は目標電流設定手段11およびデューティ比設定手段1201の具体的構成例を示す機能ブロック図である。
一方、微分器1103aは、副操舵角偏差Δθsを微分し、増幅器1103bは、微分器1103aからの微分値に微分ゲインKDpを乗算して加算器1105に入力する。また、積分器1104aは、副操舵角偏差Δθsを積分し、増幅器1104bは、積分器1104aからの積分値に積分ゲインKIpを乗算して加算器1105に入力する。
なお、各増幅器1102、1103b、1104bの3つのゲイン(比例ゲインKPp、KDp、KIp)は、副操舵角重畳機構2における電動機212の発生トルクを入力とし、副操舵角を出力とした場合の周波数特性に応じて、最適に設定されているものとする。
以上の目標電流算出処理は、所定時間(角度制御周期)ごとに繰り返し実行され、これにより、目標電流IREFは、順次更新されて、電流制御手段12に入力される。
図4において、デューティ比設定手段1201には、目標電流設定手段11からの目標電流IREFと、差動増幅器1204b(電流検出手段)からの検出電流Isとが入力されており、まず、減算器1201aは、目標電流IREFと検出電流Isとの電流偏差ΔI(=IREF−Is)を演算する。
加算器1201eは、各増幅器1201b、1201dの2つの乗算結果を加算して、電動機212に対する目標印加電圧VMを演算する。
デューティ比設定手段1201から出力されるデューティ比は、FETドライバ1202に入力される。
FETドライバ1202は、デューティ比にしたがい、Hブリッジ回路を構成する4つのFET1203a、1203b、1203c、1203dをON/OFF制御することにより、電動機212に印加する電圧をPWM制御する。
また、差動増幅器1204bは、電流制御手段12から電動機212への配線上にある電流検出用抵抗1204aの両端に発生する電圧を、検出電流Isとして検出する。
したがって、電流制御手段12による電流制御周期は、目標電流設定手段11による角度制御周期よりも短く設定した方が望ましい。また、このとき、2つの制御周期(電流制御周期および角度制御周期)は、同期させたほうが望ましいが、それぞれの制御を非同期に動作させてもよい。
副舵角検出手段10が故障した場合、正確な電動機212の回転角θMを検出することができないので、電動機212の回転角度を制御するフィードバック系が破綻し、電動機212は、運転者の操舵とは無関係に自転(自転故障)することになる。このような状態になると操舵装置が機能しなくなるので、一刻も早く電動機212の自転を停止させる必要がある。
また、故障検出手段18は、リレー制御手段17および短絡リレー駆動手段14を介して短絡リレー13を駆動させ、電動機212の両端子間を短絡することにより、電動機212の回転を電気的に抑制する。
通常、目標電流設定手段11は、電動機212に供給可能な最大電流を超えた目標電流IREFを出力することがないように構成されている。
車載バッテリからの電源供給が途絶えると、副操舵角重畳機構2内の電動機212は、出力軸側から自由に回転させることが可能な状態になる。
FET1203a〜1203dのいずれかが故障すると、電動機212の駆動力に不足が生じて、電動機212が空転故障の状態に陥る可能性がある。
したがって、検出電流Isが規定範囲内異常となった場合には、副操舵角偏差Δθsに基づく目標電流IREFと、故障に起因した規定範囲内の検出電流Isとの電流偏差ΔI(図4参照)の極性は、副操舵角偏差Δθsの極性とほぼ一致する。すなわち、電動機212の駆動方向は、目標電流設定手段11による駆動方向と一致することになる。
よって、検出電流Isの規定範囲内異常を故障検出手段18が検出したとしても、電流制御手段12を緊急に停止させる必要はない。
また、電流制御手段12の故障に起因して、電動機212に対し駆動方向は正しいものの過大な駆動量(駆動電流IM)が発生する故障、すなわち電動機212が自転しない故障(非自転故障)を抑制することもできる。
なお、上記実施例1(図1)の短絡リレー13は、故障検出時に電動機212の両端子間を短絡するのみであったが、図5内の短絡リレー13Aのように、故障検出時に電動機212の両端子間を短絡すると同時に、Hブリッジ回路(FET1203a〜1203d)および電動機212への電流経路を遮断するように構成してもよい。
図5の構成によれば、前述の電動機212への駆動電流停止処理を必ずしも実行する必要はない。
なお、上記実施例1、2(図1、図5)では、1系統のみからなるリレー制御手段17、故障検出手段18および直進走行検出手段19を用いたが、図6のように、複数系統(たとえば、2系統)のリレー制御手段17A、故障検出手段18Aおよび直進走行検出手段19Aと、リレー制御手段17B、故障検出手段18Bおよび直進走行検出手段19Bとを用いてもよい。
図6の構成は、図1と比較して、並列構成された2系統のリレー制御手段17A、17B、故障検出手段18A、18Bおよび直進走行検出手段19A、19Bを有する点が異なるとともに、短絡リレー駆動手段14Cおよび駆動電源リレー駆動手段16Cの動作が異なる。
また、駆動電源リレー駆動手段16Cは、リレー制御手段17A、17Bの少なくとも1つが駆動電源遮断を出力した場合に、駆動電源リレー15を図示した状態から切り替えて、Hブリッジ回路に対する駆動電源を遮断する。
A系統およびB系統を個別のCPUで構成した場合、各故障検出手段18A、18Bに対して、それぞれ独立したCPUの入力回路が用いられるので、特に、入力回路に関する故障検出の信頼性が向上する。
これにより、電動機駆動手段の状態によらず、電動機212の回転を速やかに阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。また、車両用操舵装置への電源が遮断された場合に、短絡リレー13は、電動機212の両端子間を短絡するように無電源で動作することができる。
また、電動機212の自転故障とは、目標駆動量算出手段が、目標操向角と操向角検出値とが一致するように目標駆動量を算出する場合には、操向角検出手段の故障、または、電動機駆動手段(電流制御手段12)の故障により、電動機212に対して過大な一回転方向の駆動量が発生する故障のことである。
さらに、電動機212の空転故障とは、電動機駆動手段(電流制御手段12)の故障により、電動機212に電流が供給できない故障のことである。
この発明によれば、このような電動機212の非自転故障が検出された場合、リレー手段は、電動機212の両端子間を短絡させるように動作するので、非自転故障の発生時に、速やかに電動機212の回転を阻止することができ、運転者のハンドル操舵に応じて操向車輪を転舵させることができる。
さらに、複数の故障検出手段18A、18Bは、複数のCPUにより個別に構成されているので、故障検出の信頼性が向上するうえ、各CPUの入力部の故障検出の信頼性を向上させることができる。
Claims (6)
- 運転者が操作するハンドルと電動機により副操舵角が重畳可能な副操舵角重畳機構とにより操向車輪を操舵する操舵機構を有する車両用操舵装置において、
車両の走行状態に応じて、前記ハンドルの操舵角と前記操向車輪の操向角との伝達特性を設定する伝達特性設定手段と、
前記運転者のハンドル操舵角を検出するハンドル角検出手段と、
前記副操舵角重畳機構により操舵される副操舵角を検出する副操舵角検出手段または、前記操向車輪の操向角検出する操向角検出手段と、
前記ハンドル角検出手段からのハンドル操舵角検出値と前記伝達特性とに基づき、前記副操舵角重畳機構により付加される目標副操舵角または目標操向角を生成して、前記目標副操舵角と前記副操舵角検出手段からの副操舵角検出値とが一致するか、または、前記目標操向角と前記操向角検出手段からの操向角検出値とが一致するように、前記電動機の目標駆動量を算出する目標駆動量算出手段と、
前記目標駆動量に応じて前記電動機を駆動する電動機駆動手段と、
所定条件下で前記電動機の両端子間を短絡することにより前記電動機の回転を阻止するリレー手段と、
少なくとも前記電動機駆動手段の故障を検出する故障検出手段と、
前記車両が直進走行状態であることを検出する直進走行検出手段とを備え、
前記リレー手段は、
前記故障検出手段により検出された故障の種類に応じて、動作が制御され、
前記故障検出手段により前記電動機の非自転故障が検出された場合に、前記副操舵角重畳機構の駆動制御を継続させ、
さらに、前記直進走行検出手段により前記車両が直進走行状態であることが検出された場合には、前記電動機の駆動を停止させるとともに、前記電動機の両端子間を短絡させるように動作し、
前記電動機の非自転故障は、前記電動機駆動手段の故障に起因して、前記電動機に対し駆動方向は正しいものの過大な駆動量が発生する故障であることを特徴とする車両用操舵装置。 - 前記リレー手段は、前記電動機の両端子間の短絡動作に加えて、前記電動機への電気的接続動作を切り替えるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の車両用操舵装置。
- 前記リレー手段は、前記リレー手段への電源供給が絶たれた場合には、前記電動機の両端子間を短絡するように構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の車両用操舵装置。
- 前記リレー手段は、前記故障検出手段により前記電動機の自転故障または空転故障が検出された場合には、前記電動機の駆動を停止させるとともに、前記電動機の両端子間を短絡させるように動作し、
前記電動機の自転故障は、
前記目標駆動量算出手段が、前記目標副操舵角と前記副操舵角検出値とが一致するように前記目標駆動量を算出する場合には、前記副操舵角検出手段の故障であり、
前記目標駆動量算出手段が、前記目標操向角と前記操向角検出値とが一致するように前記目標駆動量を算出する場合には、前記操向角検出手段の故障、または、前記電動機駆動手段の故障により前記電動機に対して過大な一回転方向の駆動量が発生する故障であり、
前記電動機の空転故障は、前記電動機駆動手段の故障により前記電動機に電流が供給できない故障であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の車両用操舵装置。 - 前記故障検出手段は、並列に配設されて互いに独立した複数の故障検出手段からなり、
前記複数の故障検出手段は、それぞれが同一の故障を検出するとともに、個別に接続されたリレー制御手段と、前記リレー制御手段の各々に共通に接続されて前記リレー手段を駆動するリレー駆動手段とを有し、
前記リレー手段は、
前記複数の故障検出手段の少なくとも1つの故障検出手段の検出結果により、前記電動機の両端子間の短絡動作が選択された場合には、他の故障検出手段の検出結果にかかわらず、前記電動機の両端子間の短絡動作を行うことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の車両用操舵装置。 - 前記複数の故障検出手段は、複数のCPUにより個別に構成されたことを特徴とする請求項5に記載の車両用操舵装置。
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